亀裂監視装置及び亀裂監視方法
【課題】監視対象物に発生する亀裂の開口幅の変動による影響を受けずに、この亀裂の発生の検出精度を向上させることができる亀裂監視装置及び亀裂監視方法を提供する。
【解決手段】通電状態測定部１１の測定結果を制御部１５が評価部１３に送信すると、評価部１３がボード線図に基づいて亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したか否かを評価する。亀裂発生時の極僅かな亀裂長さでは亀裂部分の開口幅が変動し、亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗が変化する。亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したときには、低周波数側では交流インピーダンス値が略一定であるが高周波数側では周波数の対数に対して交流インピーダンスの対数が略一定で減少するようなボード線図を通電状態測定部１１が生成する。このため、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。
【解決手段】通電状態測定部１１の測定結果を制御部１５が評価部１３に送信すると、評価部１３がボード線図に基づいて亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したか否かを評価する。亀裂発生時の極僅かな亀裂長さでは亀裂部分の開口幅が変動し、亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗が変化する。亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したときには、低周波数側では交流インピーダンス値が略一定であるが高周波数側では周波数の対数に対して交流インピーダンスの対数が略一定で減少するようなボード線図を通電状態測定部１１が生成する。このため、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視装置及び亀裂監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道などの鋼構造物に発生する疲労亀裂を発見するために、定期的な目視検査が実施されているが、目視検査では僅かな疲労亀裂を確認し難く、詳細に検査するためには膨大な時間を要する。このため、近年、疲労亀裂の発生し易い部位に導電性薄膜を塗布し、構造物に亀裂が発生してこの導電性薄膜が破断する際の抵抗値変化から亀裂を検知する方法が提案されている。例えば、従来の亀裂監視装置は、防水性を有する絶縁塗料をトンネルの壁面に塗布して形成された下地層と、線状模様の電気回路を形成するように下地層の表面に導電性塗料を塗布して形成された導電層と、下地層と同様の絶縁塗料を導電層及び下地層に塗布して形成されこれらを被覆する保護層とを備えている（特許文献１参照）。このような従来の亀裂監視装置では、壁面にひび割れが発生して異常が発生するとこの異常箇所の周辺が剥離して導電層が断線し導電層が非通電状態になるため、センサが導電層の非通電状態を検出して壁面の異常を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2001-201477号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の亀裂監視装置では、トンネルなどのコンクリート構造物以外の鋼構造物の疲労亀裂の発生を検知する場合には、導電性塗膜による細線状の導電層を鋼材に形成してこの導電層が亀裂の発生に伴って切断したときの導通ON/OFFを利用する必要がある。しかし、従来の亀裂監視装置では、例えば、導電層が切断した後に、列車通過時の繰り返し荷重などを鋼構造物が受けて、この鋼構造物の応力状態が変化すると、亀裂の開口幅が増減してこの亀裂の開口部が接触及び離間を繰り返して直流抵抗値が変化する。このため、従来の亀裂監視装置では、一般的なマルチメータによる直流抵抗測定手法によって亀裂の発生を検知することができない問題点がある。
【０００５】
この発明の課題は、監視対象物に発生する亀裂の開口幅の変動による影響を受けずに、この亀裂の発生の検出精度を向上させることができる亀裂監視装置及び亀裂監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図３に示すように、監視対象物（１）に発生する亀裂（Ｃ1）を監視する亀裂監視装置であって、前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部（５ａ）に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電部（９）と、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定部（１１）と、前記測定部の測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価部（１３）とを備える亀裂監視装置（２）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の亀裂監視装置において、図１０に示すように、前記監視対象物の振動を検出する振動検出部（１７）を備え、前記給電部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給し、前記測定部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定することを特徴とする亀裂監視装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の亀裂監視装置において、図８（Ｂ）に示すように、前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、図８（Ａ）に示すように、前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、前記測定部は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれ１項に記載の亀裂監視装置において、前記導電部は、導電性塗料を塗布して形成されていることを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１４】
請求項９の発明は、図３、図９及び図１０に示すように、監視対象物（１）に発生する亀裂（Ｃ1）を監視する亀裂監視方法であって、前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部（５ａ）に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電工程（Ｓ１１０）と、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定工程（Ｓ１２０）と、前記測定工程における測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価工程（Ｓ１３０）とを含む亀裂監視方法である。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の亀裂監視方法において、図１０に示すように、前記監視対象物の振動を検出する振動検出工程（Ｓ１００）を含み、前記給電工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給する工程を含み、前記測定工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の亀裂監視方法において、図８（Ｂ）に示すように、前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１７】
請求項１２の発明は、請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１８】
請求項１３の発明は、請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、図８（Ａ）に示すように、前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１９】
請求項１４の発明は、請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００２０】
請求項１５の発明は、請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、前記測定工程は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると、監視対象物に発生する亀裂の開口幅の変動による影響を受けずに、この亀裂の発生の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置によって監視される鋼構造物に亀裂が発生した状態を一例として示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の一部を破断して示す斜視図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の平面図である。
【図６】図５のVI-VI線で切断した状態を示す断面図である。
【図７】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の進展の測定動作を説明するための平面図であり、（Ａ）は亀裂進展検出用導電層に亀裂が発生した状態を示し、（Ｂ）は亀裂進展検出用電極層に亀裂が発生した状態を示す。
【図８】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の発生の測定動作を説明するための模式図であり、（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に亀裂が発生する前の測定結果を模式的に示すグラフであり、（Ｂ）は亀裂発生検出用電極層に亀裂が発生した後の測定結果を模式的に示すグラフである。
【図９】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。
【図１１】この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】列車通過時の亀裂開口幅の変動を模式的に示す概念図であり、（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に疲労亀裂が発生した状態を模式的に示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIIA部分の列車が通過しているときの拡大図であり、（Ｃ）は（Ａ）のXIIA部分の列車が通過していないときの拡大図である。
【図１３】開口した亀裂発生検出用導電層の交流インピーダンスの測定結果を示すボード線図である。
【図１４】破断した亀裂発生検出用導電層の電気回路モデルのボード線図である。
【図１５】疲労試験中のインピーダンス（100Hz）の連続測定結果を示すグラフである。
【図１６】周波数100Hzの交流インピーダンスの変化を示すグラフである。
【図１７】亀裂発生検出用導電層が破壊に至るまでの状態を示す模式図であり、（Ａ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により劣化した状態を示し、（Ｂ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により破断した状態を示し、（Ｃ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が小さくなった状態を示し、（Ｄ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が大きくなった状態を示す。
【図１８】引張荷重と交流インピーダンスとの関係を示すボード線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置によって監視される鋼構造物に亀裂が発生した状態を一例として示す斜視図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【００２４】
図１及び図２に示す鋼構造物１は、鋼材によって構成された固定構造物である。鋼構造物１は、例えば、鉄道車両が走行する線路の下部に空間を確保し列車の荷重を支持する橋梁である。鋼構造物１は、図１に示すように、鋼板と山形鋼とを溶接などによって接合してＩ形の桁に組み立てた主桁１ａを備えており、この主桁１ａは主桁１ａの下部板を形成する下フランジ１ｂと、主桁１ａの上部板を構成する上フランジ１ｃと、下フランジ１ｂと上フランジ１ｃとを結合する腹板１ｄなどから構成されている。例えば、図１及び図２に示す鋼構造物１には、図２に示すように、主桁１ａの長さ方向の略中間における下フランジ１ｂの縁部から亀裂Ｃ1が発生しており、図１に示すように下フランジ１ｂと腹板１ｄとが接合する接合部から亀裂Ｃ2，Ｃ3が発生している。
【００２５】
図３は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。
図３に示す亀裂監視装置２は、鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1〜Ｃ3を監視する装置である。亀裂監視装置２は、図１〜図３に示す亀裂監視材３と、図１及び図３に示す配線材６，７と、図３に示す給電部８，９と、通電状態測定部１０，１１と、評価部１２，１３と、通信部１４と、制御部１５と、図１及び図３に示す収容部１６などを備えている。亀裂監視装置２は、図１及び図２に示す亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生が予測される鋼構造物１の部位にそれぞれ設置されている。以下では、図２に示すように、下フランジ１ｂの縁部（長辺部）に発生する亀裂Ｃ1を亀裂監視装置２によって監視する場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
図４は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の一部を破断して示す斜視図である。図５は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の平面図である。図６は、図５のVI-VI線で切断した状態を示す断面図である。
亀裂監視材３は、亀裂Ｃ1の発生が予測される鋼構造物１の表面に形成され、この鋼構造物１の亀裂Ｃ1の発生及びこの亀裂Ｃ1の進展を監視する部材である。亀裂監視材３は、図４〜図６に示すように、亀裂進展検出部４と、亀裂発生検出部５とを備えている。亀裂監視材３は、図２に示すように、亀裂Ｃ1の発生が予測される鋼構造物１の縁部に刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布され形成されている。
【００２７】
亀裂進展検出部４は、亀裂発生検出部５が検出した亀裂Ｃ1の進展を検出する部分であり、図２、図４及び図６に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａと、防錆絶縁層４ｂと、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆと、環境遮断層４ｇとを備えている。亀裂進展検出部４は、亀裂発生検出部５が検出した亀裂Ｃ1の進展を検出可能なようにこの亀裂発生検出部５の下側に形成されている。亀裂進展検出部４は、長期間にわたり耐久性が期待できる塗装系材料によって構成されており鋼構造物１の表面に形成されている。
【００２８】
亀裂進展検出用導電層４ａは、亀裂Ｃ1の発生に応じて電気抵抗が変化する塗膜である。亀裂進展検出用導電層４ａは、図２、図４及び図５に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1の起点側に長辺側が位置するように、防錆絶縁層４ｂの表面に帯状に形成されている。亀裂進展検出用導電層４ａは、鋼構造物１に許容される亀裂長さに応じた幅に形成されており、鋼構造物１に許容される亀裂長さが長いときには幅が広く形成され、鋼構造物１に許容される亀裂長さが短いときには幅が狭く形成される。亀裂進展検出用導電層４ａは、図４及び図５に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆによって複数の監視領域Ａ1，Ａ2，Ａ3に区画されている。亀裂進展検出用導電層４ａは、亀裂進展検出用導電層４ａの長さ方向の隣接する一対の亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｄによって監視領域Ａ1が形成され、一対の亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｅによって監視領域Ａ2が形成され、一対の亀裂進展検出用電極層４ｅ，４ｆによって監視領域Ａ3が形成されている。亀裂進展検出用導電層４ａは、例えば、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成されており、導電顔料としてはカーボンブラック、グラファイト、ニッケル、銅、銀などが好ましく、有機樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキルシリケート樹脂などが好ましい。
【００２９】
亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜厚さは、10μm以下では現場施工によって連続した塗膜が得られないおそれがあり、100μm以上では塗装したときに垂れなどの塗膜欠陥が多く発生し、この塗膜欠陥を防止するために粘度を高くすると施工性が犠牲になるおそれがある。このため、亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜厚さは、10〜100μmが好ましく、特に30〜60μmが望ましい。亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10％以下では鋼構造物１の温度差による伸縮などの他の要因によって割れるおそれがあり、30％以上では鋼構造物１の亀裂発生時やボルトの緩み時に亀裂進展検出用導電層４ａが同時に破壊しないおそれがある。このため、亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10〜30％であることが好ましい。亀裂進展検出用導電層４ａは、体積抵抗率が1〜10Ω・cmとなり、塗布後の電極間の抵抗が200〜10000Ω、好ましくは200〜2000Ωとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成されている。亀裂進展検出用導電層４ａの塗料粘度は、現場で刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。
【００３０】
図４及び図６に示す防錆絶縁層４ｂは、鋼構造物１と亀裂進展検出用導電層４ａとを電気的に絶縁するとともに鋼構造物１の腐食を防止する塗膜である。防錆絶縁層４ｂは、図４及び図６に示すように、鋼構造物１の表面（鋼素地）に亀裂Ｃ1の検知範囲を含むように広く塗布され形成されている。防錆絶縁層４ｂは、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂又は有機ジンクリッチペイントなどのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料である。防錆絶縁層４ｂの塗膜厚さは、30〜100μmが好ましい。
【００３１】
図４〜図６に示す亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、亀裂進展検出用導電層４ａに電流を流す塗膜である。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、図５及び図６に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａの長さ方向に、この亀裂進展検出用導電層４ａの表面に等間隔で複数箇所（例えば４箇所）に配置されている。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、亀裂進展検出用導電層４ａの短辺と平行になるように、この亀裂進展検出用導電層４ａの幅と同じ幅で帯状に塗布されている。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、図４及び図５に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａを複数の監視領域Ａ1〜Ａ2に区画している。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、亀裂進展検出用導電層４ａと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂進展検出用導電層４ａと同一である。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、体積抵抗率が１〜10Ω・cmとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成することが好ましい。
【００３２】
図４及び図６に示す環境遮断層４ｇは、亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆを保護するとともに鋼構造物１の防食性を向上させる塗膜である。また、環境遮断層４ｇは、亀裂進展検出部４と亀裂発生検出部５とを電気的に絶縁する塗膜である。環境遮断層４ｇは、亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆを被覆するように、これらの表面に塗布され形成されている。環境遮断層４ｇは、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料である。環境遮断層４ｇの塗膜厚さは、60〜120μmが好ましい。
【００３３】
亀裂発生検出部５は、鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1を検出する部分であり、図４〜図６に示すように亀裂発生検出用導電層５ａと、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃと、環境遮断層５ｄと、耐候層５ｅとを備えている。亀裂発生検出部５は、亀裂進展検出部４と同様の塗装系材料によって構成されており、亀裂進展検出部４に重ねて塗布されている。
【００３４】
亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂Ｃ1の発生に応じて電気抵抗が変化する塗膜である。亀裂発生検出用導電層５ａは、図３に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1の起点側に長辺側が位置するように、環境遮断層４ｇの表面に帯状に形成されている。亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂発生時の極僅かな亀裂長さを検知可能なように、亀裂進展検出用導電層４ａよりも幅が狭く形成されており、亀裂進展検出用導電層４ａの長辺を含むように線状に塗布されている。亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂進展検出用導電層４ａと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂進展検出用導電層４ａと同一である。亀裂発生検出用導電層５ａの塗膜幅は、5mm以下が望ましい。亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂進展検出用導電層４ａよりも体積抵抗率が0.01〜１Ω・cmと低く、塗布後の電極間の抵抗が200〜10000Ω、好ましくは200〜2000Ωとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成されている。
【００３５】
亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、亀裂発生検出用導電層５ａに電流を流す塗膜である。亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、図４〜図６に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａの長さ方向の両端部に配置されており、亀裂発生検出用導電層５ａの短辺と平行になるように、亀裂発生検出用導電層５ａの幅と同じ幅で帯状に塗布されている。亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、亀裂進展検出用導電層４ａと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂進展検出用導電層４ａと同一である。亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆと体積抵抗率が同一になるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成することが好ましい。
【００３６】
環境遮断層５ｄは、亀裂発生検出用導電層５ａ及び亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃを保護するとともに鋼構造物１の防食性を向上させる塗膜である。環境遮断層５ｄは、図４及び図６に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａ及び亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃを被覆するように、これらの表面に塗布されている。環境遮断層５ｄは、環境遮断層４ｇと同様に、環境遮断性に優れたエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料であり、環境遮断層５ｄの塗膜厚さは環境遮断層４ｇと同一であることが好ましい。
【００３７】
耐候層５ｅは、環境遮断層５ｄを自然因子の作用から保護する塗膜である。耐候層５ｅは、環境遮断層５ｄを被覆するようにこの表面に耐候性塗料を塗布して形成されている。耐候層５ｅは、例えば、耐紫外線性及び耐薬品性に優れたポリウレタン樹脂又はふっ素樹脂などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される上塗り塗料である。
【００３８】
配線材６は、亀裂進展検出用導電層４ａに電流を流す電線である。配線材６は、図３に示すように、一方の端部が亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆにそれぞれ取り付けられ接続されており、他方の端部が通電状態測定部１０に接続されている。配線材７は、亀裂発生検出用導電層５ａに電流を流す電線である。配線材７は、一方の端部が亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに取り付けられ接続されており、他方の端部が通電状態測定部１０に接続されている。配線材６，７は、例えば、図１に示すように、測定が困難な箇所（検出箇所Ｐ1）である下フランジ１ｂから腹板１ｄに沿って、測定が容易な箇所（測定箇所Ｐ2）である上フランジ１ｃまで帯状に形成されている。配線材６は、亀裂進展検出用導電層４ａと一体に電気的に接続するように線状に塗布され形成されており、配線材７は亀裂発生検出用導電層５ａと一体に電気的に接続するように線状に塗布され形成されている。配線材６，７は、例えば、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成されており、導電顔料としては銀又は銀被覆銅フレークなどが好ましく、有機樹脂としてはポリウレタン樹脂などが好ましい。
【００３９】
図３に示す給電部８は、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆに電力を供給する直流電源である。給電部８は、制御部１５からの指令に基づいて、亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｄ間、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｅ間、及び亀裂進展検出用電極層４ｅ，４ｆ間に直流電力を供給し、これらの間に直流電圧を印加し亀裂進展検出用導電層４ａに直流電流を流す。
【００４０】
給電部９は、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに電力を供給する交流電源であり、複数の異なる周波数の交流電力をこの亀裂発生検出用導電部５ｂ，５ｃに供給する。給電部９は、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに低周波側と高周波側との間で周波数を変えながら交流電力を供給する。給電部９は、例えば、所定の電圧で周波数を0.1Hzから100kHzまで変えながら、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電圧を印加し、亀裂発生検出用導電層５ａに交流電流を流す。給電部９は、制御部１５からの指令に基づいて、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電力を供給する。
【００４１】
通電状態測定部１０は、亀裂進展検出用導電層４ａの通電状態を測定する抵抗測定器などである。通電状態測定部１０は、制御部１５からの指令に基づいて、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に通電状態を測定するとともに、隣接する２つの監視領域Ａ1，Ａ2；Ａ2，Ａ3毎に通電状態を測定する。通電状態測定部１０は、給電部８に接続されており、給電部８からの直流電力を亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆに供給する。
【００４２】
図７は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の進展の測定動作を説明するための平面図であり、図７(Ａ)は亀裂進展検出用導電層に亀裂が発生した状態を示し、図７(Ｂ)は亀裂進展検出用電極層に亀裂が発生した状態を示す。
通電状態測定部１０は、図７（Ａ）に示すように、監視領域Ａ1に亀裂Ｃ1が発生したときには、亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｄ間（監視領域Ａ1）の亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗を測定するとともに、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｅ間（監視領域Ａ2）の電気抵抗又は亀裂進展検出用電極層４ｅ，４ｆ間（監視領域Ａ3）の電気抵抗を測定する。一方、通電状態測定部１０は、図７（Ｂ）に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｄに亀裂Ｃ1が発生したときには、亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｅ間（監視領域Ａ1，Ａ2）の亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗を測定するとともに、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｆ間（監視領域Ａ2，Ａ3）の電気抵抗を測定する。通電状態測定部１０は、通電状態の測定結果（電気抵抗）を通電状態測定信号（通電状態測定情報）として制御部１５に送信する。
【００４３】
図３に示す通電状態測定部１１は、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態を測定する抵抗測定器などである。通電状態測定部１１は、複数の異なる周波数毎にこの亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを測定する。通電状態測定部１１は、亀裂発生検出用導電層５ａに周波数を変えながら複数の異なる周波数（例えば、10Hz,100Hz,1kHz,10kHz）で給電部９が交流電力を供給したときに、これらの複数の異なる周波数毎に亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスをそれぞれ測定する。通電状態測定部１１は、制御部１５からの指令に基づいて、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態を測定する。通電状態測定部１１は、亀裂発生検出用導電層５ａの亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電流を流し、この亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間の交流インピーダンスを測定する。通電状態測定部１１は、給電部９に接続されており、給電部９からの交流電力を亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに供給する。
【００４４】
図８は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の発生の測定動作を説明するための模式図であり、図８（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に亀裂が発生する前の測定結果を模式的に示すグラフであり、図８（Ｂ）は亀裂発生検出用電極層に亀裂が発生した後の測定結果を模式的に示すグラフである。
図８に示す縦軸は、交流インピーダンス(Ω)の対数であり、横軸が周波数(Hz)の対数である。通電状態測定部１１は、図８に示すような交流インピーダンスの測定結果をボード線図（ボーデ線図）として生成する。通電状態測定部１１は、図８（Ａ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないときには、周波数にかかわらず交流インピーダンス値が略一定のボード線図を生成する。一方、通電状態測定部１１は、図８（Ｂ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したときには、低周波数側では交流インピーダンス値が略一定であるが高周波数側では周波数の対数に対して交流インピーダンスの対数が略一定で減少するようなボード線図を生成する。通電状態測定部１１は、通電状態の測定結果（ボード線図）を通電状態測定信号（通電状態測定情報）として制御部１５に送信する。
【００４５】
図３に示す評価部１２は、通電状態測定部１０の測定結果に基づいて鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1を評価する部分である。評価部１２は、監視領域Ａ1〜Ａ3毎の通電状態の測定結果に基づいて、亀裂Ｃ1の発生した監視領域Ａ1を特定し亀裂Ｃ1の規模を評価する。評価部１２は、例えば、亀裂進展検出用導電層４ａを形成したときの通電状態測定部１０の測定結果（初期抵抗値）と、亀裂進展検出用導電層４ａを形成してから所定時間経過後（全般検査周期）の通電状態測定部１０の測定結果（測定抵抗値）とに基づいて抵抗値変化量を演算し、この抵抗値変化量に基づいて鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1の規模を評価する。評価部１２は、亀裂Ｃ1の発生した監視領域Ａ1及びこの亀裂Ｃ1の規模などに関する評価結果を評価結果信号（評価結果情報）として制御部１５に送信する。
【００４６】
評価部１３は、通電状態測定部１０の測定結果に基づいて亀裂Ｃ1の発生状況を評価する部分である。評価部１３は、通電状態測定部１０が生成したボード線図に基づいて、鋼構造物１の初期の亀裂Ｃ1の発生状況を評価する。評価部１３は、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、亀裂Ｃ1が発生していないと評価する。評価部１３は、例えば、図８（Ａ）に示すように、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波側で測定した交流インピーダンス値とが略同一であるときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないと評価する。一方、評価部１３は、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、亀裂Ｃ1が発生していると評価する。評価部１３は、例えば、図８（Ｂ）に示すように、低周波数域で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波域で測定した交流インピーダンス値が減少したときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していると評価する。評価部１３は、鋼構造物１に発生する初期の亀裂Ｃ1などに関する評価結果を評価結果信号（評価結果情報）として制御部１５に送信する。
【００４７】
図３に示す通信部１４は、評価部１２，１３の評価結果を送信する部分である。通信部１４は、制御部１５が出力する評価情報を図示しない中央監視室内の送受信機に有線又は無線により送信したり、この中央監視室内の送受信機からの評価情報の送信指令を受信したりする送受信機などである。
【００４８】
制御部１５は、亀裂監視装置２の種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部１５は、給電部８に直流電力の供給を指令したり、給電部９に複数の異なる周波数の交流電力の供給を指令したり、通電状態測定部１０，１１に通電状態の測定を指令したり、通電状態測定部１１にボード線図の生成を指令したり、通電状態測定部１０，１１の測定結果を評価部１２，１３に送信してこの評価部１２，１３に亀裂Ｃ1を評価させたり、評価部１２，１３の評価結果を通信部１４から送信させたりする。制御部１５には、給電部８，９と、通電状態測定部１０，１１と、評価部１２，１３と、通信部１４などが接続されている。
【００４９】
収容部１６は、亀裂監視装置２の信号処理部を収容する部分である。収容部１６は、給電部８，９、通電状態測定部１０，１１、評価部１２，１３、通信部１４及び制御部１５などを収容している。収容部１６には、配線材６，７が引き込まれており図示しない接続端子にこれらが接続されている。収容部１６は、図１及び図３に示すように、給電部８，９及び通電状態測定部１０，１１などの信号処理部をユニット化した状態で収容する端子箱などであり、全般検査時に点検可能なように図１に示す鋼構造物１の表面又は点検用足場の付近に取り付けられ固定されている。
【００５０】
次に、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置における亀裂監視材の製造方法を説明する。
図１及び図２に示すように、鋼構造物１では構成部材のエッジ部などの限られた範囲を起点として亀裂Ｃ1〜Ｃ3が発生するおそれがある。例えば、図３及び図４に示すように、下フランジ１ｂのエッジ部を起点として亀裂Ｃ1の発生が予測される場合には、図４に示すように鋼構造物１の塗替え塗装時にこのエッジ部に沿って、鋼構造物１の表面に防錆絶縁塗料を塗布し防錆絶縁層４ｂを形成する。次に、防錆絶縁層４ｂの表面に導電性塗料を帯状に塗布して、亀裂進展検出用導電層４ａを形成する。その後に、亀裂進展検出用導電層４ａの表面に導電性塗料を等間隔に複数本（例えば４本）線状に塗布して亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆを形成し、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆにそれぞれ配線材６を接続する。次に、亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆの表面に環境遮断性を有する塗料を帯状に塗布して環境遮断層４ｇを形成し、鋼構造物１の表面に亀裂進展検出部４が形成される。
【００５１】
次に、下フランジ１ｂのエッジ部に沿って環境遮断層４ｇの表面にこの環境遮断層４ｇよりも狭い幅で導電性塗料を帯状に塗布して、亀裂発生検出用導電層５ａを形成する。その後に、亀裂発生検出用導電層５ａの表面の両端部に導電性塗料をそれぞれ線状に塗布して亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃを形成し、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃにそれぞれ配線材７を接続する。次に、亀裂発生検出用導電層５ａ及び亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃの表面に環境遮断性を有する塗料を帯状に塗布して環境遮断層５ｄを形成する。その後に、環境遮断層５ｄの表面に耐候性塗料を帯状に塗布して耐候層５ｅを形成し、亀裂進展検出部４の表面に亀裂発生検出部５が形成され、鋼構造物１の表面に亀裂監視材３が形成される。最後に、鋼構造物１の表面に収容部１６を固定して、配線材６，７が収容部１６の接続端子に接続される。
【００５２】
次に、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視方法を説明する。
図９は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
図９に示すステップ（以下Ｓという）１００において、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の測定開始時期になったか否かが判断される。制御部１５は、例えば、時刻を測定する計時機能を有しており、全般検査時のような予め設定されている所定時期又は所定時刻に達するとＳ１００〜Ｓ２４０の処理を開始する。制御部１５は、Ｓ１３０において鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生したと評価部１３が評価したときには、亀裂Ｃ1の発生部位を要観察箇所としこの発生部位の重要度に応じて、全般検査時期よりも短期間である最適な時期に測定開始時期を再設定する。亀裂Ｃ1〜Ｃ3の測定開始時期になったと制御部１５が判断したときにはＳ１１０に進み、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の測定開始時期になっていないと制御部１５が判断したときには一連の処理を終了する。
【００５３】
Ｓ１１０において、電源がONする。図３に示す制御部１５が給電部８に直流電力の供給を指令すると、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆに給電部８が直流電力を供給し、亀裂発生検出用導電層５ａに直流電流が流れる。また、制御部１５が給電部９に交流電力の供給を指令すると、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに給電部９が周波数を変えて複数の異なる周波数の交流電力を供給し、亀裂発生検出用導電層５ａに交流電流が流れる。
【００５４】
Ｓ１２０において、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態が測定される。図３に示す制御部１５が通電状態測定部１１に通電状態の測定開始を指令する。このため、複数の異なる周波数の交流電力を亀裂発生検出用導電層５ａに給電部９が供給したときに、それぞれの周波数毎の交流インピーダンスを測定する。その結果、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態の変化を通電状態測定部１１が測定して、図８に示すボード線図を生成しこの測定結果を制御部１５に送信する。
【００５５】
Ｓ１３０において、亀裂Ｃ1の発生が評価される。通電状態測定部１１の測定結果を制御部１５が評価部１３に送信すると、評価部１３がボード線図に基づいて亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したか否かを評価する。図１に示すように、下フランジ１ｂのエッジ部を起点として亀裂Ｃ1が発生すると、図２〜図５に示すようにこのエッジ部側の亀裂監視材３の縁部が部分的に破断して亀裂監視材３に亀裂Ｃ1が発生する。亀裂発生時の極僅かな亀裂長さでは亀裂部分の開口幅が変動し、亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗が変化する。複数の異なる周波数の交流電力を亀裂発生検出用導電層５ａに給電部９が供給すると、通電状態測定部１１が作成したボード線図の交流インピーダンスが変化する。図８（Ａ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないときには、周波数にかかわらず交流インピーダンス値が略一定のボード線図を通電状態測定部１１が生成する。このため、例えば、図８（Ａ）に示すように、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波側で測定した交流インピーダンス値とが略同一であるときには、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していないと評価部１３が評価する。一方、図８（Ｂ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したときには、低周波数側では交流インピーダンス値が略一定であるが高周波数側では周波数の対数に対して交流インピーダンスの対数が略一定（−１の勾配）で減少するようなボード線図を通電状態測定部１１が生成する。このため、例えば、図８（Ｂ）に示すように、低周波数域で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波域で測定した交流インピーダンス値が減少したときには、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。
【００５６】
Ｓ１４０において、評価結果が送信される。亀裂Ｃ1の発生の有無を評価部１３が評価情報として制御部１５に送信するとこの評価情報を制御部１５が通信部１４に送信し、図示しない中央監視室にこの評価情報を通信部１４が送信する。
【００５７】
Ｓ１５０において、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に通電状態が測定される。制御部１５が通電状態測定部１０に通電状態の測定開始を指令すると、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に亀裂進展検出用導電層４ａの通電状態の変化を通電状態測定部１０が測定して、測定結果を制御部１５に送信する。
【００５８】
Ｓ１６０において、通電状態が変化したか否かが評価される。通電状態測定部１０の測定結果を制御部１５が評価部１２に送信すると、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に電気抵抗の変化を評価部１２が評価する。通電状態が変化したと評価部１２が評価したときにはＳ１７０に進み、通電状態が変化していないと評価部１２が評価したときにはＳ２３０に進む。
【００５９】
Ｓ１７０において、亀裂発生領域が評価される。図７（Ａ）に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａの監視領域Ａ1内に亀裂Ｃ1が発生してこの亀裂Ｃ1がさらに成長し進展すると、監視領域Ａ2，Ａ3内の電気抵抗の変化量に比べて監視領域Ａ1内の電気抵抗の変化量が大きくなる。このため、各監視領域Ａ1〜Ａ3内の亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗を通電状態測定部１０がそれぞれ測定して、各監視領域Ａ1〜Ａ3内の電気抵抗の変化を評価部１２が評価する。その結果、電気抵抗の変化が最も大きい監視領域Ａ1内に亀裂Ｃ1が発生したことが評価部１２によって評価されて亀裂Ｃ1の発生位置が特定される。
【００６０】
Ｓ１８０において、亀裂Ｃ1の発生した監視領域Ａ1の抵抗値が測定される。通電状態測定部１０が監視領域Ａ1内の抵抗値を測定してこの測定結果を制御部１５に送信し、制御部１５がこの測定結果を評価部１２に送信する。
【００６１】
Ｓ１９０において、亀裂長さが評価される。通電状態測定部１０が測定した監視領域Ａ1内の抵抗値の変化量に基づいて、実際の亀裂Ｃ1の長さを評価部１２が評価する。
【００６２】
Ｓ２００において、評価結果が送信される。亀裂Ｃ1の発生及び長さを評価部１２が評価情報として制御部１５に送信するとこの評価情報を制御部１５が通信部１４に送信し、図示しない中央監視室にこの評価情報を通信部１４が送信する。
【００６３】
Ｓ２１０において、許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達したか否かが評価される。例えば、図１に示す下フランジ１ｂに亀裂Ｃ1が発生した場合には、許容亀裂長さ20mmにこの亀裂Ｃ1が達したときに鋼構造物１が直ちに補強が必要な状態になる。このため、通電状態測定部１０の測定結果に基づいて許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達したか否かを評価部１２が評価する。許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達したときにはＳ２２０に進み、許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達していないときにはＳ１８０に戻り亀裂長さの評価を繰り返す。
【００６４】
Ｓ２２０において、評価結果が送信される。鋼構造物１に直ちに補強が必要であるという評価結果を評価部１２が評価情報として制御部１５に送信すると、この評価情報を制御部１５が通信部１４に送信して、図示しない中央監視室にこの評価情報を通信部１４が送信し、一連の処理を終了する。
【００６５】
Ｓ２３０において、隣接する監視領域Ａ1，Ａ2；Ａ2，Ａ3毎に亀裂進展検出用導電層４ａの通電状態が測定される。図７（Ｂ）に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｄに亀裂Ｃ1が発生したときには、各監視領域Ａ1，Ａ2，Ａ3毎に亀裂進展検出用導電層４ａを通電状態測定部１０が測定しても抵抗値に変化が見られないおそれがある。このため、制御部１５が通電状態測定部１０に通電状態の測定開始を指令すると、隣接する監視領域Ａ1，Ａ2及び隣接する監視領域Ａ2，Ａ3の通電状態の変化を通電状態測定部１０が測定して測定結果を制御部１５に送信する。
【００６６】
Ｓ２４０において、通電状態が変化したか否かが評価される。通電状態測定部１０の測定結果を制御部１５が評価部１２に送信すると、隣接する監視領域Ａ1，Ａ2及び隣接する監視領域Ａ2，Ａ3の電気抵抗の変化を評価部１２が評価する。通電状態が変化したと評価部１２が評価したときにはＳ２５０に進み、通電状態が変化していないと評価部１２が評価したときには、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していないと考えられるため一連の処理を終了する。
【００６７】
Ｓ２５０において、亀裂発生領域が評価される。図７（Ｂ）に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｄ内に亀裂Ｃ1が発生してこの亀裂Ｃ1がさらに成長し進展すると、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｆ間の電気抵抗の減少量に比べて亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｅ間の電気抵抗の減少量が大きくなる。その結果、電気抵抗の変化が最も大きい監視領域Ａ1，Ａ2内の亀裂進展検出用電極層４ｄに亀裂Ｃ1が発生したことが評価部１２によって評価されて亀裂Ｃ1の発生位置が特定される。
【００６８】
Ｓ２６０において、亀裂Ｃ1の発生した亀裂進展検出用導電層４ａを含む監視領域Ａ1，Ａ2の抵抗値が測定される。亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｅ間（監視領域Ａ1，Ａ2内）の抵抗値を通電状態測定部１０が測定してこの測定結果を制御部１５に送信し、制御部１５がこの測定結果を評価部１２に送信する。Ｓ２６０以降はＳ１９０に進み、亀裂長さの評価などの処理がされる。
【００６９】
この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、亀裂Ｃ1の発生に応じて電気抵抗が変化する亀裂発生検出用導電層５ａに、複数の異なる周波数の交流電力を給電部９が供給し、この複数の異なる周波数毎にこの亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを通電状態測定部１１が測定し、この通電状態測定部１１の測定結果に基づいて亀裂Ｃ1の発生状況を評価部１３が評価する。このため、亀裂Ｃ1の開口幅が変動しても交流インピーダンスを測定することによって亀裂Ｃ1の発生を初期の段階から正確に検知することができる。
【００７０】
(2) この第１実施形態では、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。このため、異なる周波数のときの各交流インピーダンスを測定することによって亀裂Ｃ1の開口部の存在を簡単に把握することができ、実用的な疲労亀裂を検出することができる。
【００７１】
(3) この第１実施形態では、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。このため、亀裂Ｃ1の発生を初期の段階から迅速に検知することができ、鋼構造物１の変状の早期修繕を図ることによって鋼構造物１の長期延命化を図ることができる。
【００７２】
(4) この第１実施形態では、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、亀裂Ｃ1が発生していないと評価部１３が評価する。このため、異なる周波数のときの各交流インピーダンスの変化を測定することによって亀裂Ｃ1の有無を正確に把握することができ、亀裂Ｃ1が発生していないにもかかわらず亀裂Ｃ1が発生しているものと誤検知してしまうのを防ぐことができる。
【００７３】
(5) この第１実施形態では、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないと評価部１３が評価する。このため、鋼構造物１が変位して亀裂Ｃ1の開口幅が狭くなっても交流インピーダンスの変化を測定することによって亀裂Ｃ1の有無を正確に検知することができ、誤検知の発生を未然に防ぐことができる。
【００７４】
(6) この第１実施形態では、導電性塗料を塗布して亀裂発生検出用導電層５ａが形成されている。このため、例えば、鋼構造物１の塗替え塗装工事に合わせて導電性塗料を塗布して亀裂発生検出用導電層５ａを簡単に形成することができる。その結果、屋外や現場で容易に施工することができるとともに、検査のためだけに足場を架設する必要がなくなり経費を節減することができる。
【００７５】
(7) この第１実施形態では、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電流を流し、この亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間の交流インピーダンスを通電状態測定部１１が測定する。このため、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態の変化を簡単に測定することができる。
【００７６】
（第２実施形態）
図１０は、この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。以下では、図１〜図７に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明する。
図１０に示す亀裂監視装置２は、振動検出部１７を備えており、この振動検出部１７は鋼構造物１の振動を検出する部分である。振動検出部１７は、鋼構造物１を列車などの移動体が通過したときに発生する振動を検出して、この振動に応じた振動検出信号（振動検出情報）を制御部１５に送信する。振動検出部１７は、例えば、加速度センサ、速度センサ又は変位センサなどの振動センサである。
【００７７】
図１１は、この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、図９に示すステップと対応するステップについては、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１１に示すＳ１００において、振動を検出したか否かが判断される。鋼構造物１を列車が通過すると、この列車の荷重を受けてこの鋼構造物１が振動しこの鋼構造物１が変位するとともに、亀裂発生検出用導電層５ａも鋼構造物１と一体となって変位する。振動検出部１７が鋼構造物１の振動を検出すると振動検出信号を制御部１５に送信し、制御部１５が振動検出信号を受信したと判断したときにはＳ１１０に進み、給電部８に直流電力の供給を制御部１５が指令するとともに、給電部９に交流電力の供給を制御部１５が指令する。一方、振動検出部１７が鋼構造物１の振動を検出しないときには、振動検出部１７が振動検出信号を制御部１５に送信しないため、制御部１５が振動検出信号を受信し邸内と判断し一連の処理を終了する。
【００７８】
この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、鋼構造物１の振動を振動検出部１７が検出したときに、亀裂発生検出用導電層５ａに複数の異なる周波数の交流電力を給電部９が供給し、この複数の異なる周波数毎に亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを通電状態測定部１１が測定する。このため、鋼構造物１の振動によって亀裂発生検出用導電層５ａの亀裂Ｃ1の開口幅が変動したときに、この亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを測定することによって、鋼構造物１の亀裂Ｃ1の発生を初期段階からより一層高精度に検出することができる。
【実施例】
【００７９】
図１２は、列車通過時の亀裂開口幅の変動を模式的に示す概念図であり、図１２（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に疲労亀裂が発生した状態を模式的に示す平面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のXIIA部分の列車が通過しているときの拡大図であり、図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）のXIIA部分の列車が通過していないときの拡大図である。
実際の構造物では、列車の走行に伴う荷重変動を原因として構造物が変位し、図１２に示すように疲労亀裂開口幅の変動が想定される。この場合に、亀裂長さが同じでも開口幅が変動することによって、図２及び図６に示す亀裂発生検出用導電層５ａの電気特性に変化が予測される。特に、亀裂の発生は細線で塗付けた発生検出用導電層５ａの断線の有無で評価するため、的確に評価するためには亀裂開口幅の変動による再導通などの影響評価が重要になる。そこで、亀裂開口幅の変動時における亀裂発生検出用導電層５ａの電気特性の把握試験を行い、亀裂開口幅の変動時における亀裂の発生の的確な評価法について検討した。
【００８０】
（開口した亀裂発生検出用導電層の電気特性評価試験）
十分な亀裂開口幅である場合の亀裂発生検出用導電層の電気特性の把握のため、完全に破断した亀裂発生検出用導電層を有する試験片を作製し、この亀裂発生検出用導電層の電気特性を交流インピーダンス法によって測定した。JIS R 3202フロートガラス（150×70×1.0mm）に亀裂発生検出用導電層を幅25mm長さ120mm、乾燥時厚み約50μmとなるように塗付けた。塗付けた亀裂発生検出用導電層を約23℃の室内で1ヶ月ほど養生した。養生後に、10mm×10mm×0.3mmの銀板を試験片両端に銀ペーストで接着し、導線をはんだ付けした試験片Ａ，Ｂを２枚用意した。23℃、30%RHの環境で、試験片Ｂの交流インピーダンスを測定（割裂前）し、次いで、試験片中央部を割裂し、疲労亀裂の開口を模擬するため割裂面を突き合わせた。突き合わせた箇所の隙間を観察するとともに、交流インピーダンス測定を実施した。交流インピーダンス測定は、日置電機製LCRハイテスタ3522-50を用いて、端子間電圧１Vで0.1〜100ｋHz間の任意の周波数で、測定電流からのインピーダンス計測、電位と電流の位相角（θ）計測を実施した。なお、装置の測定限界は、周波数0.01〜100kHz、インピーダンス値2×108Ωまでである。
【００８１】
（試験結果）
図１３は、開口した亀裂発生検出用導電層の交流インピーダンスの測定結果を示すボード線図である。
図１３に示す縦軸は、インピーダンス(Ω)の対数であり、横軸は周波数(Hz)の対数である。試験片の突き合わせ面には、20〜30μmの隙間が観察された。図１３に示すように、割裂前（Ｂ試験片）は、測定周波数によらず同じインピーダンス値であったが、割裂後には試験片Ａ，Ｂとも低周波数で装置の計測限界以上の高インピーダンスを示し、高周波数側では周波数の対数に対し勾配−1で変化した。
【００８２】
図１４は、破断した亀裂発生検出用導電層の電気回路モデルのボード線図である。
図１４に示す縦軸は、インピーダンスの対数(log(Z))であり、横軸は周波数の対数(log(周波数))である。計測する回路の抵抗R、インダクタンス（コイル成分）L及びキャパシタンス（静電容量）Cとすると、抵抗、コイル及びコンデンサのインピーダンス値ＺR，ＺL，ＺCは、角周波数ω（＝2πf：周波数f）により、以下の数１に示す値になり、インピーダンスの絶対値を対数にすると以下の数２で表される。
【００８３】
【数１】
【００８４】
【数２】
【００８５】
ここで、数１に示すｊは、虚数単位であり、ＣR，ＣL，ＣCは定数を意味する。数２は、周波数を変えてインピーダンスを測定した場合に、抵抗のインピーダンスが一定値となり、コイルでは周波数の対数に対しインピーダンスの対数が勾配１で増加し、コンデンサでは逆にその勾配が−1になることを示している。この観点から図１３を見ると、破断前の亀裂発生検出用導電層は抵抗成分のみであることが分かり、破断面を突き合わせた試験片には静電容量成分が発生していることが分かる。このため、疲労亀裂で破断した亀裂発生検出用導電層は、図１４に示すように、亀裂部が静電容量Ｃf1と抵抗Ｒf1の並列回路で模擬される電気回路を形成するとともに、この亀裂部を挟む両側の健全部がこの並列回路に直列に接続された抵抗Ｒ1，Ｒ2で模擬される電気回路を形成することが確認された。
【００８６】
（繰り返し荷重下で破断した亀裂発生検出用導電層の電気特性評価試験）
次に、疲労亀裂で破断した亀裂発生検出用導電層が列車通過などの荷重変動に伴う構造物の変位の影響を受けて、亀裂開口幅の変動を受けた場合の電気特性について検討した。変性エポキシ樹脂塗料を２回塗付け、絶縁層を形成した材質がSS400の鋼板（400×60×3.1mm)を用い、亀裂の発生検知を目的に、亀裂発生検出用導電層を幅2.6mm長さ210mmに塗付けた試験片を作製した。疲労試験機には、EHF-UG100kN(株式会社島津製作所製）を用いた。疲労試験は、試験片の破断を防ぎ、かつ、試験時間の短縮を図るために、SS400が降伏する平均応力(約240MPa)の70%程度を最大の平均応力とし、片引張りによる繰り返し荷重をかけ、1〜2mmの疲労亀裂発生を確認後、最大の平均応力を160MPaに変更した。使用した疲労試験機は、繰り返し荷重値(kN)で設定する必要があるため、ほぼ一定の応力値を保つために疲労亀裂の進展に伴って、残存する試験片の断面積に合わせて繰り返し荷重を変更しながら試験を行った。疲労試験中に周波数100Hzのインピーダンスを連続計測し、疲労亀裂発生時期をモニターした。疲労亀裂が亀裂発生検出用導電層を完全に横断したと推定された時点で疲労試験を終了した。疲労試験終了後に亀裂部を拡大観察し、次いで引張荷重載荷条件を0.01Hzサイン波、0.05〜27.0kNに変更し、日置電機製LCRハイテスタ3522-50を用いて、端子間電圧１Vで0.1〜100ｋHz間の任意の周波数で周波数を変えてインピーダンスを測定した。
【００８７】
（試験結果）
図１５は、疲労試験中のインピーダンス(100Hz)の連続測定結果を示すグラフである。
図１５に示す左側の縦軸は、インピーダンス値(Z)(Ω)であり、右側の縦軸は位相角(θ)(°)であり、横軸は加振数である。加振1.5×105回を超えた頃から（図中１）インピーダンス値と位相角に変化が観察され始めた。疲労試験終了時（1.8×105回）は、インピーダンス値が100倍以上増加した時点（図中２）で、疲労亀裂長さは約5mmに至っていた。今回使用した疲労試験条件では、亀裂長さ1mm進むのに1〜2万回であった。インピーダンス値の変化が観察された時点は、疲労試験終了の3万回前であることから、疲労亀裂が亀裂発生検出用導電層の幅を超えた時点と略同時期と考えられる。試験片に引張荷重20kNを加えて状態で亀裂部を拡大観察すると、亀裂開口幅は亀裂起点付近で約10μmであり、亀裂先端に向かうに従い徐々に狭くなっていた。試験片に引張荷重を加えない状態（無負荷）では、亀裂開口を目視で認識することが困難であり、開口幅は数μm以下と想定された。
【００８８】
図１６は、周波数100Hzの交流インピーダンスの変化を示すグラフである。
図１６に示す左側の縦軸は、インピーダンス値(Z)(Ω)であり、右側の縦軸は位相角(θ)(°)であり、横軸は時間(mm:ss)である。疲労試験後に、引張荷重条件を0.01Hzサイン波、0.05〜27.0kNに変更し、周波数100Hzで交流インピーダンスを測定した。図１６に示すように、インピーダンス値の多くは30MΩ程度であったが、引張荷重の低い場合に約1MΩまで低下し、位相角θも荷重変動に伴い大きく変動した。
【００８９】
図１７は、亀裂発生検出用導電層が破壊に至るまでの状態を示す模式図であり、図１７（Ａ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により劣化した状態を示し、図１７（Ｂ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により破断した状態を示し、図１７（Ｃ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が小さくなった状態を示し、図１７（Ｄ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が大きくなった状態を示す。
鋼の疲労亀裂進展に伴う亀裂発生検出用導電層の破壊は、図１７（Ａ）に示すように、最初に、亀裂開口部が開くことで亀裂発生検出用導電層に局所的な伸び（ゼロスパン伸び）を受けるが、亀裂発生検出用導電層は有機樹脂主体のため、脆性的破断に至らず、繰り返しの疲労による局所的破壊が進む。次に、図１７（Ｂ）に示すように、亀裂発生検出用導電層の疲労が進み、局所的破壊の領域が拡大し、ついには材料破断に至る。このとき、破断面は、破断線に対し左右対称の構造を持ち、一方の破面の凸部に対応する他方の破面も凸部になると考えられる。亀裂発生検出用導電層の破断後は、図１７（Ｄ）に示すように、疲労き裂の開口幅の開閉に伴い、亀裂発生検出用導電層の左右の破面が互いに近づいたり離れたりする。このとき、ある開口幅以下になった場合に、両破面の凸部が接触し、亀裂発生検出用導電層の左右間の抵抗値が低くなると考えられる。このように、亀裂開口幅が狭い段階では、接触箇所の変動などによる抵抗値の変化が卓越しているが、亀裂開口幅が広がるに従って、抵抗値の増大に加え静電容量の影響が顕著に現れてくることが予測された。
【００９０】
図１８は、引張荷重と交流インピーダンスとの関係を示すボード線図である。
図１８に示す縦軸は、インピーダンス(Ω)の対数であり、横軸は周波数(Hz)の対数である。図１８に示すグラフは、図１６に示す測定データから引張荷重0.05kN、3kN、10kN及び20kNの時点のインピーダンス値のみを抽出し、ボード線図で表したものである。低周波数側のインピーダンスは、引張荷重10kN以下で疲労試験前（初期値）の数倍から10倍程度の範囲でばらついている。亀裂開口幅が大きく、接触点が少なくなったと想定される引張荷重15kNや20kNでは初期値の100倍以上のインピーダンス値に増加し、数百Hz以上の高周波数側に勾配−1の変化が現れた。これらの測定結果は、図１４に示す模式図で説明できる結果であった。図１３に示すガラス板の試験片の破断後の突合せ試験結果では、亀裂開口幅20μm程度で低周波数側が計測できないほどの高抵抗となっていたが、疲労亀裂長さ5mm未満の試験片（亀裂開口幅10μm未満）では低周波数側で計測可能なほどの抵抗範囲であった。このため、図１８に示すボード線図の引張荷重20kNでも、接触点が多く残った状態であると考えられ、5mm未満の疲労亀裂を確実に検知するためには、直流抵抗値の変動のみでは不確実性が高いことが確認された。その結果、亀裂の発生検知の確実性を増すためには、列車通過時などの構造物の変位変動時に、周波数を変えてインピーダンスを計測し、断線を示す容量成分の存在を把握する必要があることが確認された。
【００９１】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、監視対象物として鋼構造物１を例に挙げて説明したが、コンクリート構造物などの他の構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、疲労亀裂などによって鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生する場合を例に挙げて説明したが、リベットやボルトなどの緩みによって塗膜に亀裂が発生する場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、亀裂進展検出部４上に亀裂発生検出部５を形成した場合を例に挙げて説明したが、亀裂発生検出部５上に亀裂進展検出部４を形成することもできる。
【００９２】
(2) この実施形態では、亀裂進展検出用導電層４ａに直流電力を給電部８によって供給しているが、亀裂進展検出用導電層４ａに交流電力を給電部８によって供給することもできる。この場合には、給電部８，９を一つの給電部に構成して亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂発生検出用導電層５ａに交流電力を供給したり、通電状態測定部１０，１１を一つの通電状態測定部に構成して亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態を測定したりすることもできる。また、この実施形態では、４本の亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆによって亀裂進展検出用導電層４ａを３つの監視領域Ａ1〜Ａ3に区画する場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではなく、４つ以上の監視領域に区画することもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１ 鋼構造物（監視対象物）
２ 亀裂監視装置
３ 亀裂監視材
４ 亀裂進展検出部
４ａ 亀裂進展検出用導電層
４ｂ 防錆絶縁層
４ｃ〜４ｆ 亀裂進展検出用電極層
４ｇ 環境遮断層
５ 亀裂発生検出部
５ａ 亀裂発生検出用導電層
５ｂ，５ｃ 亀裂発生検出用電極層
５ｄ 環境遮断層
５ｅ 耐候層
６，７ 配線材
８，９ 給電部
１０，１１ 通電状態測定部（測定部）
１２，１３ 評価部
１４ 通信部
１５ 制御部
１６ 収容部
１７ 振動検出部
Ａ1〜Ａ3 監視領域
Ｃ1〜Ｃ3 亀裂
【技術分野】
【０００１】
この発明は、監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視装置及び亀裂監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道などの鋼構造物に発生する疲労亀裂を発見するために、定期的な目視検査が実施されているが、目視検査では僅かな疲労亀裂を確認し難く、詳細に検査するためには膨大な時間を要する。このため、近年、疲労亀裂の発生し易い部位に導電性薄膜を塗布し、構造物に亀裂が発生してこの導電性薄膜が破断する際の抵抗値変化から亀裂を検知する方法が提案されている。例えば、従来の亀裂監視装置は、防水性を有する絶縁塗料をトンネルの壁面に塗布して形成された下地層と、線状模様の電気回路を形成するように下地層の表面に導電性塗料を塗布して形成された導電層と、下地層と同様の絶縁塗料を導電層及び下地層に塗布して形成されこれらを被覆する保護層とを備えている（特許文献１参照）。このような従来の亀裂監視装置では、壁面にひび割れが発生して異常が発生するとこの異常箇所の周辺が剥離して導電層が断線し導電層が非通電状態になるため、センサが導電層の非通電状態を検出して壁面の異常を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2001-201477号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の亀裂監視装置では、トンネルなどのコンクリート構造物以外の鋼構造物の疲労亀裂の発生を検知する場合には、導電性塗膜による細線状の導電層を鋼材に形成してこの導電層が亀裂の発生に伴って切断したときの導通ON/OFFを利用する必要がある。しかし、従来の亀裂監視装置では、例えば、導電層が切断した後に、列車通過時の繰り返し荷重などを鋼構造物が受けて、この鋼構造物の応力状態が変化すると、亀裂の開口幅が増減してこの亀裂の開口部が接触及び離間を繰り返して直流抵抗値が変化する。このため、従来の亀裂監視装置では、一般的なマルチメータによる直流抵抗測定手法によって亀裂の発生を検知することができない問題点がある。
【０００５】
この発明の課題は、監視対象物に発生する亀裂の開口幅の変動による影響を受けずに、この亀裂の発生の検出精度を向上させることができる亀裂監視装置及び亀裂監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図３に示すように、監視対象物（１）に発生する亀裂（Ｃ1）を監視する亀裂監視装置であって、前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部（５ａ）に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電部（９）と、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定部（１１）と、前記測定部の測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価部（１３）とを備える亀裂監視装置（２）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の亀裂監視装置において、図１０に示すように、前記監視対象物の振動を検出する振動検出部（１７）を備え、前記給電部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給し、前記測定部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定することを特徴とする亀裂監視装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の亀裂監視装置において、図８（Ｂ）に示すように、前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、図８（Ａ）に示すように、前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、前記測定部は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定することを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれ１項に記載の亀裂監視装置において、前記導電部は、導電性塗料を塗布して形成されていることを特徴とする亀裂監視装置である。
【００１４】
請求項９の発明は、図３、図９及び図１０に示すように、監視対象物（１）に発生する亀裂（Ｃ1）を監視する亀裂監視方法であって、前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部（５ａ）に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電工程（Ｓ１１０）と、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定工程（Ｓ１２０）と、前記測定工程における測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価工程（Ｓ１３０）とを含む亀裂監視方法である。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の亀裂監視方法において、図１０に示すように、前記監視対象物の振動を検出する振動検出工程（Ｓ１００）を含み、前記給電工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給する工程を含み、前記測定工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１６】
請求項１１の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の亀裂監視方法において、図８（Ｂ）に示すように、前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１７】
請求項１２の発明は、請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１８】
請求項１３の発明は、請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、図８（Ａ）に示すように、前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００１９】
請求項１４の発明は、請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【００２０】
請求項１５の発明は、請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、前記測定工程は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定する工程を含むことを特徴とする亀裂監視方法である。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると、監視対象物に発生する亀裂の開口幅の変動による影響を受けずに、この亀裂の発生の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置によって監視される鋼構造物に亀裂が発生した状態を一例として示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の一部を破断して示す斜視図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の平面図である。
【図６】図５のVI-VI線で切断した状態を示す断面図である。
【図７】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の進展の測定動作を説明するための平面図であり、（Ａ）は亀裂進展検出用導電層に亀裂が発生した状態を示し、（Ｂ）は亀裂進展検出用電極層に亀裂が発生した状態を示す。
【図８】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の発生の測定動作を説明するための模式図であり、（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に亀裂が発生する前の測定結果を模式的に示すグラフであり、（Ｂ）は亀裂発生検出用電極層に亀裂が発生した後の測定結果を模式的に示すグラフである。
【図９】この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。
【図１１】この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】列車通過時の亀裂開口幅の変動を模式的に示す概念図であり、（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に疲労亀裂が発生した状態を模式的に示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のXIIA部分の列車が通過しているときの拡大図であり、（Ｃ）は（Ａ）のXIIA部分の列車が通過していないときの拡大図である。
【図１３】開口した亀裂発生検出用導電層の交流インピーダンスの測定結果を示すボード線図である。
【図１４】破断した亀裂発生検出用導電層の電気回路モデルのボード線図である。
【図１５】疲労試験中のインピーダンス（100Hz）の連続測定結果を示すグラフである。
【図１６】周波数100Hzの交流インピーダンスの変化を示すグラフである。
【図１７】亀裂発生検出用導電層が破壊に至るまでの状態を示す模式図であり、（Ａ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により劣化した状態を示し、（Ｂ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により破断した状態を示し、（Ｃ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が小さくなった状態を示し、（Ｄ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が大きくなった状態を示す。
【図１８】引張荷重と交流インピーダンスとの関係を示すボード線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置によって監視される鋼構造物に亀裂が発生した状態を一例として示す斜視図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材を鋼構造物に形成した状態を一例として示す断面図である。
【００２４】
図１及び図２に示す鋼構造物１は、鋼材によって構成された固定構造物である。鋼構造物１は、例えば、鉄道車両が走行する線路の下部に空間を確保し列車の荷重を支持する橋梁である。鋼構造物１は、図１に示すように、鋼板と山形鋼とを溶接などによって接合してＩ形の桁に組み立てた主桁１ａを備えており、この主桁１ａは主桁１ａの下部板を形成する下フランジ１ｂと、主桁１ａの上部板を構成する上フランジ１ｃと、下フランジ１ｂと上フランジ１ｃとを結合する腹板１ｄなどから構成されている。例えば、図１及び図２に示す鋼構造物１には、図２に示すように、主桁１ａの長さ方向の略中間における下フランジ１ｂの縁部から亀裂Ｃ1が発生しており、図１に示すように下フランジ１ｂと腹板１ｄとが接合する接合部から亀裂Ｃ2，Ｃ3が発生している。
【００２５】
図３は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。
図３に示す亀裂監視装置２は、鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1〜Ｃ3を監視する装置である。亀裂監視装置２は、図１〜図３に示す亀裂監視材３と、図１及び図３に示す配線材６，７と、図３に示す給電部８，９と、通電状態測定部１０，１１と、評価部１２，１３と、通信部１４と、制御部１５と、図１及び図３に示す収容部１６などを備えている。亀裂監視装置２は、図１及び図２に示す亀裂Ｃ1〜Ｃ3の発生が予測される鋼構造物１の部位にそれぞれ設置されている。以下では、図２に示すように、下フランジ１ｂの縁部（長辺部）に発生する亀裂Ｃ1を亀裂監視装置２によって監視する場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
図４は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の一部を破断して示す斜視図である。図５は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の亀裂監視材の平面図である。図６は、図５のVI-VI線で切断した状態を示す断面図である。
亀裂監視材３は、亀裂Ｃ1の発生が予測される鋼構造物１の表面に形成され、この鋼構造物１の亀裂Ｃ1の発生及びこの亀裂Ｃ1の進展を監視する部材である。亀裂監視材３は、図４〜図６に示すように、亀裂進展検出部４と、亀裂発生検出部５とを備えている。亀裂監視材３は、図２に示すように、亀裂Ｃ1の発生が予測される鋼構造物１の縁部に刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布され形成されている。
【００２７】
亀裂進展検出部４は、亀裂発生検出部５が検出した亀裂Ｃ1の進展を検出する部分であり、図２、図４及び図６に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａと、防錆絶縁層４ｂと、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆと、環境遮断層４ｇとを備えている。亀裂進展検出部４は、亀裂発生検出部５が検出した亀裂Ｃ1の進展を検出可能なようにこの亀裂発生検出部５の下側に形成されている。亀裂進展検出部４は、長期間にわたり耐久性が期待できる塗装系材料によって構成されており鋼構造物１の表面に形成されている。
【００２８】
亀裂進展検出用導電層４ａは、亀裂Ｃ1の発生に応じて電気抵抗が変化する塗膜である。亀裂進展検出用導電層４ａは、図２、図４及び図５に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1の起点側に長辺側が位置するように、防錆絶縁層４ｂの表面に帯状に形成されている。亀裂進展検出用導電層４ａは、鋼構造物１に許容される亀裂長さに応じた幅に形成されており、鋼構造物１に許容される亀裂長さが長いときには幅が広く形成され、鋼構造物１に許容される亀裂長さが短いときには幅が狭く形成される。亀裂進展検出用導電層４ａは、図４及び図５に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆによって複数の監視領域Ａ1，Ａ2，Ａ3に区画されている。亀裂進展検出用導電層４ａは、亀裂進展検出用導電層４ａの長さ方向の隣接する一対の亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｄによって監視領域Ａ1が形成され、一対の亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｅによって監視領域Ａ2が形成され、一対の亀裂進展検出用電極層４ｅ，４ｆによって監視領域Ａ3が形成されている。亀裂進展検出用導電層４ａは、例えば、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成されており、導電顔料としてはカーボンブラック、グラファイト、ニッケル、銅、銀などが好ましく、有機樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキルシリケート樹脂などが好ましい。
【００２９】
亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜厚さは、10μm以下では現場施工によって連続した塗膜が得られないおそれがあり、100μm以上では塗装したときに垂れなどの塗膜欠陥が多く発生し、この塗膜欠陥を防止するために粘度を高くすると施工性が犠牲になるおそれがある。このため、亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜厚さは、10〜100μmが好ましく、特に30〜60μmが望ましい。亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10％以下では鋼構造物１の温度差による伸縮などの他の要因によって割れるおそれがあり、30％以上では鋼構造物１の亀裂発生時やボルトの緩み時に亀裂進展検出用導電層４ａが同時に破壊しないおそれがある。このため、亀裂進展検出用導電層４ａの塗膜の物性は、引張試験による破断時の伸びが10〜30％であることが好ましい。亀裂進展検出用導電層４ａは、体積抵抗率が1〜10Ω・cmとなり、塗布後の電極間の抵抗が200〜10000Ω、好ましくは200〜2000Ωとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成されている。亀裂進展検出用導電層４ａの塗料粘度は、現場で刷毛、ローラ又はスプレーなどによって塗布できる程度に調整することが好ましい。
【００３０】
図４及び図６に示す防錆絶縁層４ｂは、鋼構造物１と亀裂進展検出用導電層４ａとを電気的に絶縁するとともに鋼構造物１の腐食を防止する塗膜である。防錆絶縁層４ｂは、図４及び図６に示すように、鋼構造物１の表面（鋼素地）に亀裂Ｃ1の検知範囲を含むように広く塗布され形成されている。防錆絶縁層４ｂは、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂又は有機ジンクリッチペイントなどのような鋼構造物用防食塗装系に適用されている下塗り塗料である。防錆絶縁層４ｂの塗膜厚さは、30〜100μmが好ましい。
【００３１】
図４〜図６に示す亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、亀裂進展検出用導電層４ａに電流を流す塗膜である。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、図５及び図６に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａの長さ方向に、この亀裂進展検出用導電層４ａの表面に等間隔で複数箇所（例えば４箇所）に配置されている。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、亀裂進展検出用導電層４ａの短辺と平行になるように、この亀裂進展検出用導電層４ａの幅と同じ幅で帯状に塗布されている。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、図４及び図５に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａを複数の監視領域Ａ1〜Ａ2に区画している。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、亀裂進展検出用導電層４ａと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂進展検出用導電層４ａと同一である。亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆは、体積抵抗率が１〜10Ω・cmとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成することが好ましい。
【００３２】
図４及び図６に示す環境遮断層４ｇは、亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆを保護するとともに鋼構造物１の防食性を向上させる塗膜である。また、環境遮断層４ｇは、亀裂進展検出部４と亀裂発生検出部５とを電気的に絶縁する塗膜である。環境遮断層４ｇは、亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆを被覆するように、これらの表面に塗布され形成されている。環境遮断層４ｇは、例えば、防錆顔料入りエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料である。環境遮断層４ｇの塗膜厚さは、60〜120μmが好ましい。
【００３３】
亀裂発生検出部５は、鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1を検出する部分であり、図４〜図６に示すように亀裂発生検出用導電層５ａと、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃと、環境遮断層５ｄと、耐候層５ｅとを備えている。亀裂発生検出部５は、亀裂進展検出部４と同様の塗装系材料によって構成されており、亀裂進展検出部４に重ねて塗布されている。
【００３４】
亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂Ｃ1の発生に応じて電気抵抗が変化する塗膜である。亀裂発生検出用導電層５ａは、図３に示すように、鋼構造物１に発生が予測される亀裂Ｃ1の起点側に長辺側が位置するように、環境遮断層４ｇの表面に帯状に形成されている。亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂発生時の極僅かな亀裂長さを検知可能なように、亀裂進展検出用導電層４ａよりも幅が狭く形成されており、亀裂進展検出用導電層４ａの長辺を含むように線状に塗布されている。亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂進展検出用導電層４ａと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂進展検出用導電層４ａと同一である。亀裂発生検出用導電層５ａの塗膜幅は、5mm以下が望ましい。亀裂発生検出用導電層５ａは、亀裂進展検出用導電層４ａよりも体積抵抗率が0.01〜１Ω・cmと低く、塗布後の電極間の抵抗が200〜10000Ω、好ましくは200〜2000Ωとなるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成されている。
【００３５】
亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、亀裂発生検出用導電層５ａに電流を流す塗膜である。亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、図４〜図６に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａの長さ方向の両端部に配置されており、亀裂発生検出用導電層５ａの短辺と平行になるように、亀裂発生検出用導電層５ａの幅と同じ幅で帯状に塗布されている。亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、亀裂進展検出用導電層４ａと同一の導電性塗料を塗布して形成されており、塗膜厚さ、塗膜の物性及び塗料粘度も亀裂進展検出用導電層４ａと同一である。亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃは、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆと体積抵抗率が同一になるように、導電顔料と有機樹脂との配合量を調整して形成することが好ましい。
【００３６】
環境遮断層５ｄは、亀裂発生検出用導電層５ａ及び亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃを保護するとともに鋼構造物１の防食性を向上させる塗膜である。環境遮断層５ｄは、図４及び図６に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａ及び亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃを被覆するように、これらの表面に塗布されている。環境遮断層５ｄは、環境遮断層４ｇと同様に、環境遮断性に優れたエポキシ樹脂系塗料などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される中塗り塗料であり、環境遮断層５ｄの塗膜厚さは環境遮断層４ｇと同一であることが好ましい。
【００３７】
耐候層５ｅは、環境遮断層５ｄを自然因子の作用から保護する塗膜である。耐候層５ｅは、環境遮断層５ｄを被覆するようにこの表面に耐候性塗料を塗布して形成されている。耐候層５ｅは、例えば、耐紫外線性及び耐薬品性に優れたポリウレタン樹脂又はふっ素樹脂などのような鋼構造物用防食塗装系に適用される上塗り塗料である。
【００３８】
配線材６は、亀裂進展検出用導電層４ａに電流を流す電線である。配線材６は、図３に示すように、一方の端部が亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆにそれぞれ取り付けられ接続されており、他方の端部が通電状態測定部１０に接続されている。配線材７は、亀裂発生検出用導電層５ａに電流を流す電線である。配線材７は、一方の端部が亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに取り付けられ接続されており、他方の端部が通電状態測定部１０に接続されている。配線材６，７は、例えば、図１に示すように、測定が困難な箇所（検出箇所Ｐ1）である下フランジ１ｂから腹板１ｄに沿って、測定が容易な箇所（測定箇所Ｐ2）である上フランジ１ｃまで帯状に形成されている。配線材６は、亀裂進展検出用導電層４ａと一体に電気的に接続するように線状に塗布され形成されており、配線材７は亀裂発生検出用導電層５ａと一体に電気的に接続するように線状に塗布され形成されている。配線材６，７は、例えば、導電顔料と有機樹脂とを含む導電性塗料を塗布して形成されており、導電顔料としては銀又は銀被覆銅フレークなどが好ましく、有機樹脂としてはポリウレタン樹脂などが好ましい。
【００３９】
図３に示す給電部８は、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆに電力を供給する直流電源である。給電部８は、制御部１５からの指令に基づいて、亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｄ間、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｅ間、及び亀裂進展検出用電極層４ｅ，４ｆ間に直流電力を供給し、これらの間に直流電圧を印加し亀裂進展検出用導電層４ａに直流電流を流す。
【００４０】
給電部９は、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに電力を供給する交流電源であり、複数の異なる周波数の交流電力をこの亀裂発生検出用導電部５ｂ，５ｃに供給する。給電部９は、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに低周波側と高周波側との間で周波数を変えながら交流電力を供給する。給電部９は、例えば、所定の電圧で周波数を0.1Hzから100kHzまで変えながら、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電圧を印加し、亀裂発生検出用導電層５ａに交流電流を流す。給電部９は、制御部１５からの指令に基づいて、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電力を供給する。
【００４１】
通電状態測定部１０は、亀裂進展検出用導電層４ａの通電状態を測定する抵抗測定器などである。通電状態測定部１０は、制御部１５からの指令に基づいて、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に通電状態を測定するとともに、隣接する２つの監視領域Ａ1，Ａ2；Ａ2，Ａ3毎に通電状態を測定する。通電状態測定部１０は、給電部８に接続されており、給電部８からの直流電力を亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆに供給する。
【００４２】
図７は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の進展の測定動作を説明するための平面図であり、図７(Ａ)は亀裂進展検出用導電層に亀裂が発生した状態を示し、図７(Ｂ)は亀裂進展検出用電極層に亀裂が発生した状態を示す。
通電状態測定部１０は、図７（Ａ）に示すように、監視領域Ａ1に亀裂Ｃ1が発生したときには、亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｄ間（監視領域Ａ1）の亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗を測定するとともに、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｅ間（監視領域Ａ2）の電気抵抗又は亀裂進展検出用電極層４ｅ，４ｆ間（監視領域Ａ3）の電気抵抗を測定する。一方、通電状態測定部１０は、図７（Ｂ）に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｄに亀裂Ｃ1が発生したときには、亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｅ間（監視領域Ａ1，Ａ2）の亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗を測定するとともに、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｆ間（監視領域Ａ2，Ａ3）の電気抵抗を測定する。通電状態測定部１０は、通電状態の測定結果（電気抵抗）を通電状態測定信号（通電状態測定情報）として制御部１５に送信する。
【００４３】
図３に示す通電状態測定部１１は、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態を測定する抵抗測定器などである。通電状態測定部１１は、複数の異なる周波数毎にこの亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを測定する。通電状態測定部１１は、亀裂発生検出用導電層５ａに周波数を変えながら複数の異なる周波数（例えば、10Hz,100Hz,1kHz,10kHz）で給電部９が交流電力を供給したときに、これらの複数の異なる周波数毎に亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスをそれぞれ測定する。通電状態測定部１１は、制御部１５からの指令に基づいて、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態を測定する。通電状態測定部１１は、亀裂発生検出用導電層５ａの亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電流を流し、この亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間の交流インピーダンスを測定する。通電状態測定部１１は、給電部９に接続されており、給電部９からの交流電力を亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに供給する。
【００４４】
図８は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の通電状態測定部による亀裂の発生の測定動作を説明するための模式図であり、図８（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に亀裂が発生する前の測定結果を模式的に示すグラフであり、図８（Ｂ）は亀裂発生検出用電極層に亀裂が発生した後の測定結果を模式的に示すグラフである。
図８に示す縦軸は、交流インピーダンス(Ω)の対数であり、横軸が周波数(Hz)の対数である。通電状態測定部１１は、図８に示すような交流インピーダンスの測定結果をボード線図（ボーデ線図）として生成する。通電状態測定部１１は、図８（Ａ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないときには、周波数にかかわらず交流インピーダンス値が略一定のボード線図を生成する。一方、通電状態測定部１１は、図８（Ｂ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したときには、低周波数側では交流インピーダンス値が略一定であるが高周波数側では周波数の対数に対して交流インピーダンスの対数が略一定で減少するようなボード線図を生成する。通電状態測定部１１は、通電状態の測定結果（ボード線図）を通電状態測定信号（通電状態測定情報）として制御部１５に送信する。
【００４５】
図３に示す評価部１２は、通電状態測定部１０の測定結果に基づいて鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1を評価する部分である。評価部１２は、監視領域Ａ1〜Ａ3毎の通電状態の測定結果に基づいて、亀裂Ｃ1の発生した監視領域Ａ1を特定し亀裂Ｃ1の規模を評価する。評価部１２は、例えば、亀裂進展検出用導電層４ａを形成したときの通電状態測定部１０の測定結果（初期抵抗値）と、亀裂進展検出用導電層４ａを形成してから所定時間経過後（全般検査周期）の通電状態測定部１０の測定結果（測定抵抗値）とに基づいて抵抗値変化量を演算し、この抵抗値変化量に基づいて鋼構造物１に発生する亀裂Ｃ1の規模を評価する。評価部１２は、亀裂Ｃ1の発生した監視領域Ａ1及びこの亀裂Ｃ1の規模などに関する評価結果を評価結果信号（評価結果情報）として制御部１５に送信する。
【００４６】
評価部１３は、通電状態測定部１０の測定結果に基づいて亀裂Ｃ1の発生状況を評価する部分である。評価部１３は、通電状態測定部１０が生成したボード線図に基づいて、鋼構造物１の初期の亀裂Ｃ1の発生状況を評価する。評価部１３は、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、亀裂Ｃ1が発生していないと評価する。評価部１３は、例えば、図８（Ａ）に示すように、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波側で測定した交流インピーダンス値とが略同一であるときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないと評価する。一方、評価部１３は、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、亀裂Ｃ1が発生していると評価する。評価部１３は、例えば、図８（Ｂ）に示すように、低周波数域で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波域で測定した交流インピーダンス値が減少したときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していると評価する。評価部１３は、鋼構造物１に発生する初期の亀裂Ｃ1などに関する評価結果を評価結果信号（評価結果情報）として制御部１５に送信する。
【００４７】
図３に示す通信部１４は、評価部１２，１３の評価結果を送信する部分である。通信部１４は、制御部１５が出力する評価情報を図示しない中央監視室内の送受信機に有線又は無線により送信したり、この中央監視室内の送受信機からの評価情報の送信指令を受信したりする送受信機などである。
【００４８】
制御部１５は、亀裂監視装置２の種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部１５は、給電部８に直流電力の供給を指令したり、給電部９に複数の異なる周波数の交流電力の供給を指令したり、通電状態測定部１０，１１に通電状態の測定を指令したり、通電状態測定部１１にボード線図の生成を指令したり、通電状態測定部１０，１１の測定結果を評価部１２，１３に送信してこの評価部１２，１３に亀裂Ｃ1を評価させたり、評価部１２，１３の評価結果を通信部１４から送信させたりする。制御部１５には、給電部８，９と、通電状態測定部１０，１１と、評価部１２，１３と、通信部１４などが接続されている。
【００４９】
収容部１６は、亀裂監視装置２の信号処理部を収容する部分である。収容部１６は、給電部８，９、通電状態測定部１０，１１、評価部１２，１３、通信部１４及び制御部１５などを収容している。収容部１６には、配線材６，７が引き込まれており図示しない接続端子にこれらが接続されている。収容部１６は、図１及び図３に示すように、給電部８，９及び通電状態測定部１０，１１などの信号処理部をユニット化した状態で収容する端子箱などであり、全般検査時に点検可能なように図１に示す鋼構造物１の表面又は点検用足場の付近に取り付けられ固定されている。
【００５０】
次に、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置における亀裂監視材の製造方法を説明する。
図１及び図２に示すように、鋼構造物１では構成部材のエッジ部などの限られた範囲を起点として亀裂Ｃ1〜Ｃ3が発生するおそれがある。例えば、図３及び図４に示すように、下フランジ１ｂのエッジ部を起点として亀裂Ｃ1の発生が予測される場合には、図４に示すように鋼構造物１の塗替え塗装時にこのエッジ部に沿って、鋼構造物１の表面に防錆絶縁塗料を塗布し防錆絶縁層４ｂを形成する。次に、防錆絶縁層４ｂの表面に導電性塗料を帯状に塗布して、亀裂進展検出用導電層４ａを形成する。その後に、亀裂進展検出用導電層４ａの表面に導電性塗料を等間隔に複数本（例えば４本）線状に塗布して亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆを形成し、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆにそれぞれ配線材６を接続する。次に、亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆの表面に環境遮断性を有する塗料を帯状に塗布して環境遮断層４ｇを形成し、鋼構造物１の表面に亀裂進展検出部４が形成される。
【００５１】
次に、下フランジ１ｂのエッジ部に沿って環境遮断層４ｇの表面にこの環境遮断層４ｇよりも狭い幅で導電性塗料を帯状に塗布して、亀裂発生検出用導電層５ａを形成する。その後に、亀裂発生検出用導電層５ａの表面の両端部に導電性塗料をそれぞれ線状に塗布して亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃを形成し、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃにそれぞれ配線材７を接続する。次に、亀裂発生検出用導電層５ａ及び亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃの表面に環境遮断性を有する塗料を帯状に塗布して環境遮断層５ｄを形成する。その後に、環境遮断層５ｄの表面に耐候性塗料を帯状に塗布して耐候層５ｅを形成し、亀裂進展検出部４の表面に亀裂発生検出部５が形成され、鋼構造物１の表面に亀裂監視材３が形成される。最後に、鋼構造物１の表面に収容部１６を固定して、配線材６，７が収容部１６の接続端子に接続される。
【００５２】
次に、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視方法を説明する。
図９は、この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。
図９に示すステップ（以下Ｓという）１００において、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の測定開始時期になったか否かが判断される。制御部１５は、例えば、時刻を測定する計時機能を有しており、全般検査時のような予め設定されている所定時期又は所定時刻に達するとＳ１００〜Ｓ２４０の処理を開始する。制御部１５は、Ｓ１３０において鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生したと評価部１３が評価したときには、亀裂Ｃ1の発生部位を要観察箇所としこの発生部位の重要度に応じて、全般検査時期よりも短期間である最適な時期に測定開始時期を再設定する。亀裂Ｃ1〜Ｃ3の測定開始時期になったと制御部１５が判断したときにはＳ１１０に進み、亀裂Ｃ1〜Ｃ3の測定開始時期になっていないと制御部１５が判断したときには一連の処理を終了する。
【００５３】
Ｓ１１０において、電源がONする。図３に示す制御部１５が給電部８に直流電力の供給を指令すると、亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆに給電部８が直流電力を供給し、亀裂発生検出用導電層５ａに直流電流が流れる。また、制御部１５が給電部９に交流電力の供給を指令すると、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃに給電部９が周波数を変えて複数の異なる周波数の交流電力を供給し、亀裂発生検出用導電層５ａに交流電流が流れる。
【００５４】
Ｓ１２０において、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態が測定される。図３に示す制御部１５が通電状態測定部１１に通電状態の測定開始を指令する。このため、複数の異なる周波数の交流電力を亀裂発生検出用導電層５ａに給電部９が供給したときに、それぞれの周波数毎の交流インピーダンスを測定する。その結果、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態の変化を通電状態測定部１１が測定して、図８に示すボード線図を生成しこの測定結果を制御部１５に送信する。
【００５５】
Ｓ１３０において、亀裂Ｃ1の発生が評価される。通電状態測定部１１の測定結果を制御部１５が評価部１３に送信すると、評価部１３がボード線図に基づいて亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したか否かを評価する。図１に示すように、下フランジ１ｂのエッジ部を起点として亀裂Ｃ1が発生すると、図２〜図５に示すようにこのエッジ部側の亀裂監視材３の縁部が部分的に破断して亀裂監視材３に亀裂Ｃ1が発生する。亀裂発生時の極僅かな亀裂長さでは亀裂部分の開口幅が変動し、亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗が変化する。複数の異なる周波数の交流電力を亀裂発生検出用導電層５ａに給電部９が供給すると、通電状態測定部１１が作成したボード線図の交流インピーダンスが変化する。図８（Ａ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないときには、周波数にかかわらず交流インピーダンス値が略一定のボード線図を通電状態測定部１１が生成する。このため、例えば、図８（Ａ）に示すように、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波側で測定した交流インピーダンス値とが略同一であるときには、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していないと評価部１３が評価する。一方、図８（Ｂ）に示すように、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生したときには、低周波数側では交流インピーダンス値が略一定であるが高周波数側では周波数の対数に対して交流インピーダンスの対数が略一定（−１の勾配）で減少するようなボード線図を通電状態測定部１１が生成する。このため、例えば、図８（Ｂ）に示すように、低周波数域で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波域で測定した交流インピーダンス値が減少したときには、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。
【００５６】
Ｓ１４０において、評価結果が送信される。亀裂Ｃ1の発生の有無を評価部１３が評価情報として制御部１５に送信するとこの評価情報を制御部１５が通信部１４に送信し、図示しない中央監視室にこの評価情報を通信部１４が送信する。
【００５７】
Ｓ１５０において、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に通電状態が測定される。制御部１５が通電状態測定部１０に通電状態の測定開始を指令すると、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に亀裂進展検出用導電層４ａの通電状態の変化を通電状態測定部１０が測定して、測定結果を制御部１５に送信する。
【００５８】
Ｓ１６０において、通電状態が変化したか否かが評価される。通電状態測定部１０の測定結果を制御部１５が評価部１２に送信すると、監視領域Ａ1〜Ａ3毎に電気抵抗の変化を評価部１２が評価する。通電状態が変化したと評価部１２が評価したときにはＳ１７０に進み、通電状態が変化していないと評価部１２が評価したときにはＳ２３０に進む。
【００５９】
Ｓ１７０において、亀裂発生領域が評価される。図７（Ａ）に示すように、亀裂進展検出用導電層４ａの監視領域Ａ1内に亀裂Ｃ1が発生してこの亀裂Ｃ1がさらに成長し進展すると、監視領域Ａ2，Ａ3内の電気抵抗の変化量に比べて監視領域Ａ1内の電気抵抗の変化量が大きくなる。このため、各監視領域Ａ1〜Ａ3内の亀裂進展検出用導電層４ａの電気抵抗を通電状態測定部１０がそれぞれ測定して、各監視領域Ａ1〜Ａ3内の電気抵抗の変化を評価部１２が評価する。その結果、電気抵抗の変化が最も大きい監視領域Ａ1内に亀裂Ｃ1が発生したことが評価部１２によって評価されて亀裂Ｃ1の発生位置が特定される。
【００６０】
Ｓ１８０において、亀裂Ｃ1の発生した監視領域Ａ1の抵抗値が測定される。通電状態測定部１０が監視領域Ａ1内の抵抗値を測定してこの測定結果を制御部１５に送信し、制御部１５がこの測定結果を評価部１２に送信する。
【００６１】
Ｓ１９０において、亀裂長さが評価される。通電状態測定部１０が測定した監視領域Ａ1内の抵抗値の変化量に基づいて、実際の亀裂Ｃ1の長さを評価部１２が評価する。
【００６２】
Ｓ２００において、評価結果が送信される。亀裂Ｃ1の発生及び長さを評価部１２が評価情報として制御部１５に送信するとこの評価情報を制御部１５が通信部１４に送信し、図示しない中央監視室にこの評価情報を通信部１４が送信する。
【００６３】
Ｓ２１０において、許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達したか否かが評価される。例えば、図１に示す下フランジ１ｂに亀裂Ｃ1が発生した場合には、許容亀裂長さ20mmにこの亀裂Ｃ1が達したときに鋼構造物１が直ちに補強が必要な状態になる。このため、通電状態測定部１０の測定結果に基づいて許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達したか否かを評価部１２が評価する。許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達したときにはＳ２２０に進み、許容亀裂長さに亀裂Ｃ1が到達していないときにはＳ１８０に戻り亀裂長さの評価を繰り返す。
【００６４】
Ｓ２２０において、評価結果が送信される。鋼構造物１に直ちに補強が必要であるという評価結果を評価部１２が評価情報として制御部１５に送信すると、この評価情報を制御部１５が通信部１４に送信して、図示しない中央監視室にこの評価情報を通信部１４が送信し、一連の処理を終了する。
【００６５】
Ｓ２３０において、隣接する監視領域Ａ1，Ａ2；Ａ2，Ａ3毎に亀裂進展検出用導電層４ａの通電状態が測定される。図７（Ｂ）に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｄに亀裂Ｃ1が発生したときには、各監視領域Ａ1，Ａ2，Ａ3毎に亀裂進展検出用導電層４ａを通電状態測定部１０が測定しても抵抗値に変化が見られないおそれがある。このため、制御部１５が通電状態測定部１０に通電状態の測定開始を指令すると、隣接する監視領域Ａ1，Ａ2及び隣接する監視領域Ａ2，Ａ3の通電状態の変化を通電状態測定部１０が測定して測定結果を制御部１５に送信する。
【００６６】
Ｓ２４０において、通電状態が変化したか否かが評価される。通電状態測定部１０の測定結果を制御部１５が評価部１２に送信すると、隣接する監視領域Ａ1，Ａ2及び隣接する監視領域Ａ2，Ａ3の電気抵抗の変化を評価部１２が評価する。通電状態が変化したと評価部１２が評価したときにはＳ２５０に進み、通電状態が変化していないと評価部１２が評価したときには、鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生していないと考えられるため一連の処理を終了する。
【００６７】
Ｓ２５０において、亀裂発生領域が評価される。図７（Ｂ）に示すように、亀裂進展検出用電極層４ｄ内に亀裂Ｃ1が発生してこの亀裂Ｃ1がさらに成長し進展すると、亀裂進展検出用電極層４ｄ，４ｆ間の電気抵抗の減少量に比べて亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｅ間の電気抵抗の減少量が大きくなる。その結果、電気抵抗の変化が最も大きい監視領域Ａ1，Ａ2内の亀裂進展検出用電極層４ｄに亀裂Ｃ1が発生したことが評価部１２によって評価されて亀裂Ｃ1の発生位置が特定される。
【００６８】
Ｓ２６０において、亀裂Ｃ1の発生した亀裂進展検出用導電層４ａを含む監視領域Ａ1，Ａ2の抵抗値が測定される。亀裂進展検出用電極層４ｃ，４ｅ間（監視領域Ａ1，Ａ2内）の抵抗値を通電状態測定部１０が測定してこの測定結果を制御部１５に送信し、制御部１５がこの測定結果を評価部１２に送信する。Ｓ２６０以降はＳ１９０に進み、亀裂長さの評価などの処理がされる。
【００６９】
この発明の第１実施形態に係る亀裂監視装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、亀裂Ｃ1の発生に応じて電気抵抗が変化する亀裂発生検出用導電層５ａに、複数の異なる周波数の交流電力を給電部９が供給し、この複数の異なる周波数毎にこの亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを通電状態測定部１１が測定し、この通電状態測定部１１の測定結果に基づいて亀裂Ｃ1の発生状況を評価部１３が評価する。このため、亀裂Ｃ1の開口幅が変動しても交流インピーダンスを測定することによって亀裂Ｃ1の発生を初期の段階から正確に検知することができる。
【００７０】
(2) この第１実施形態では、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。このため、異なる周波数のときの各交流インピーダンスを測定することによって亀裂Ｃ1の開口部の存在を簡単に把握することができ、実用的な疲労亀裂を検出することができる。
【００７１】
(3) この第１実施形態では、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していると評価部１３が評価する。このため、亀裂Ｃ1の発生を初期の段階から迅速に検知することができ、鋼構造物１の変状の早期修繕を図ることによって鋼構造物１の長期延命化を図ることができる。
【００７２】
(4) この第１実施形態では、複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、亀裂Ｃ1が発生していないと評価部１３が評価する。このため、異なる周波数のときの各交流インピーダンスの変化を測定することによって亀裂Ｃ1の有無を正確に把握することができ、亀裂Ｃ1が発生していないにもかかわらず亀裂Ｃ1が発生しているものと誤検知してしまうのを防ぐことができる。
【００７３】
(5) この第１実施形態では、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、亀裂発生検出用導電層５ａに亀裂Ｃ1が発生していないと評価部１３が評価する。このため、鋼構造物１が変位して亀裂Ｃ1の開口幅が狭くなっても交流インピーダンスの変化を測定することによって亀裂Ｃ1の有無を正確に検知することができ、誤検知の発生を未然に防ぐことができる。
【００７４】
(6) この第１実施形態では、導電性塗料を塗布して亀裂発生検出用導電層５ａが形成されている。このため、例えば、鋼構造物１の塗替え塗装工事に合わせて導電性塗料を塗布して亀裂発生検出用導電層５ａを簡単に形成することができる。その結果、屋外や現場で容易に施工することができるとともに、検査のためだけに足場を架設する必要がなくなり経費を節減することができる。
【００７５】
(7) この第１実施形態では、亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間に交流電流を流し、この亀裂発生検出用電極層５ｂ，５ｃ間の交流インピーダンスを通電状態測定部１１が測定する。このため、亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態の変化を簡単に測定することができる。
【００７６】
（第２実施形態）
図１０は、この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の構成図である。以下では、図１〜図７に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明する。
図１０に示す亀裂監視装置２は、振動検出部１７を備えており、この振動検出部１７は鋼構造物１の振動を検出する部分である。振動検出部１７は、鋼構造物１を列車などの移動体が通過したときに発生する振動を検出して、この振動に応じた振動検出信号（振動検出情報）を制御部１５に送信する。振動検出部１７は、例えば、加速度センサ、速度センサ又は変位センサなどの振動センサである。
【００７７】
図１１は、この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、図９に示すステップと対応するステップについては、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１１に示すＳ１００において、振動を検出したか否かが判断される。鋼構造物１を列車が通過すると、この列車の荷重を受けてこの鋼構造物１が振動しこの鋼構造物１が変位するとともに、亀裂発生検出用導電層５ａも鋼構造物１と一体となって変位する。振動検出部１７が鋼構造物１の振動を検出すると振動検出信号を制御部１５に送信し、制御部１５が振動検出信号を受信したと判断したときにはＳ１１０に進み、給電部８に直流電力の供給を制御部１５が指令するとともに、給電部９に交流電力の供給を制御部１５が指令する。一方、振動検出部１７が鋼構造物１の振動を検出しないときには、振動検出部１７が振動検出信号を制御部１５に送信しないため、制御部１５が振動検出信号を受信し邸内と判断し一連の処理を終了する。
【００７８】
この発明の第２実施形態に係る亀裂監視装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、鋼構造物１の振動を振動検出部１７が検出したときに、亀裂発生検出用導電層５ａに複数の異なる周波数の交流電力を給電部９が供給し、この複数の異なる周波数毎に亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを通電状態測定部１１が測定する。このため、鋼構造物１の振動によって亀裂発生検出用導電層５ａの亀裂Ｃ1の開口幅が変動したときに、この亀裂発生検出用導電層５ａの交流インピーダンスを測定することによって、鋼構造物１の亀裂Ｃ1の発生を初期段階からより一層高精度に検出することができる。
【実施例】
【００７９】
図１２は、列車通過時の亀裂開口幅の変動を模式的に示す概念図であり、図１２（Ａ）は亀裂発生検出用導電層に疲労亀裂が発生した状態を模式的に示す平面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のXIIA部分の列車が通過しているときの拡大図であり、図１２（Ｃ）は図１２（Ａ）のXIIA部分の列車が通過していないときの拡大図である。
実際の構造物では、列車の走行に伴う荷重変動を原因として構造物が変位し、図１２に示すように疲労亀裂開口幅の変動が想定される。この場合に、亀裂長さが同じでも開口幅が変動することによって、図２及び図６に示す亀裂発生検出用導電層５ａの電気特性に変化が予測される。特に、亀裂の発生は細線で塗付けた発生検出用導電層５ａの断線の有無で評価するため、的確に評価するためには亀裂開口幅の変動による再導通などの影響評価が重要になる。そこで、亀裂開口幅の変動時における亀裂発生検出用導電層５ａの電気特性の把握試験を行い、亀裂開口幅の変動時における亀裂の発生の的確な評価法について検討した。
【００８０】
（開口した亀裂発生検出用導電層の電気特性評価試験）
十分な亀裂開口幅である場合の亀裂発生検出用導電層の電気特性の把握のため、完全に破断した亀裂発生検出用導電層を有する試験片を作製し、この亀裂発生検出用導電層の電気特性を交流インピーダンス法によって測定した。JIS R 3202フロートガラス（150×70×1.0mm）に亀裂発生検出用導電層を幅25mm長さ120mm、乾燥時厚み約50μmとなるように塗付けた。塗付けた亀裂発生検出用導電層を約23℃の室内で1ヶ月ほど養生した。養生後に、10mm×10mm×0.3mmの銀板を試験片両端に銀ペーストで接着し、導線をはんだ付けした試験片Ａ，Ｂを２枚用意した。23℃、30%RHの環境で、試験片Ｂの交流インピーダンスを測定（割裂前）し、次いで、試験片中央部を割裂し、疲労亀裂の開口を模擬するため割裂面を突き合わせた。突き合わせた箇所の隙間を観察するとともに、交流インピーダンス測定を実施した。交流インピーダンス測定は、日置電機製LCRハイテスタ3522-50を用いて、端子間電圧１Vで0.1〜100ｋHz間の任意の周波数で、測定電流からのインピーダンス計測、電位と電流の位相角（θ）計測を実施した。なお、装置の測定限界は、周波数0.01〜100kHz、インピーダンス値2×108Ωまでである。
【００８１】
（試験結果）
図１３は、開口した亀裂発生検出用導電層の交流インピーダンスの測定結果を示すボード線図である。
図１３に示す縦軸は、インピーダンス(Ω)の対数であり、横軸は周波数(Hz)の対数である。試験片の突き合わせ面には、20〜30μmの隙間が観察された。図１３に示すように、割裂前（Ｂ試験片）は、測定周波数によらず同じインピーダンス値であったが、割裂後には試験片Ａ，Ｂとも低周波数で装置の計測限界以上の高インピーダンスを示し、高周波数側では周波数の対数に対し勾配−1で変化した。
【００８２】
図１４は、破断した亀裂発生検出用導電層の電気回路モデルのボード線図である。
図１４に示す縦軸は、インピーダンスの対数(log(Z))であり、横軸は周波数の対数(log(周波数))である。計測する回路の抵抗R、インダクタンス（コイル成分）L及びキャパシタンス（静電容量）Cとすると、抵抗、コイル及びコンデンサのインピーダンス値ＺR，ＺL，ＺCは、角周波数ω（＝2πf：周波数f）により、以下の数１に示す値になり、インピーダンスの絶対値を対数にすると以下の数２で表される。
【００８３】
【数１】
【００８４】
【数２】
【００８５】
ここで、数１に示すｊは、虚数単位であり、ＣR，ＣL，ＣCは定数を意味する。数２は、周波数を変えてインピーダンスを測定した場合に、抵抗のインピーダンスが一定値となり、コイルでは周波数の対数に対しインピーダンスの対数が勾配１で増加し、コンデンサでは逆にその勾配が−1になることを示している。この観点から図１３を見ると、破断前の亀裂発生検出用導電層は抵抗成分のみであることが分かり、破断面を突き合わせた試験片には静電容量成分が発生していることが分かる。このため、疲労亀裂で破断した亀裂発生検出用導電層は、図１４に示すように、亀裂部が静電容量Ｃf1と抵抗Ｒf1の並列回路で模擬される電気回路を形成するとともに、この亀裂部を挟む両側の健全部がこの並列回路に直列に接続された抵抗Ｒ1，Ｒ2で模擬される電気回路を形成することが確認された。
【００８６】
（繰り返し荷重下で破断した亀裂発生検出用導電層の電気特性評価試験）
次に、疲労亀裂で破断した亀裂発生検出用導電層が列車通過などの荷重変動に伴う構造物の変位の影響を受けて、亀裂開口幅の変動を受けた場合の電気特性について検討した。変性エポキシ樹脂塗料を２回塗付け、絶縁層を形成した材質がSS400の鋼板（400×60×3.1mm)を用い、亀裂の発生検知を目的に、亀裂発生検出用導電層を幅2.6mm長さ210mmに塗付けた試験片を作製した。疲労試験機には、EHF-UG100kN(株式会社島津製作所製）を用いた。疲労試験は、試験片の破断を防ぎ、かつ、試験時間の短縮を図るために、SS400が降伏する平均応力(約240MPa)の70%程度を最大の平均応力とし、片引張りによる繰り返し荷重をかけ、1〜2mmの疲労亀裂発生を確認後、最大の平均応力を160MPaに変更した。使用した疲労試験機は、繰り返し荷重値(kN)で設定する必要があるため、ほぼ一定の応力値を保つために疲労亀裂の進展に伴って、残存する試験片の断面積に合わせて繰り返し荷重を変更しながら試験を行った。疲労試験中に周波数100Hzのインピーダンスを連続計測し、疲労亀裂発生時期をモニターした。疲労亀裂が亀裂発生検出用導電層を完全に横断したと推定された時点で疲労試験を終了した。疲労試験終了後に亀裂部を拡大観察し、次いで引張荷重載荷条件を0.01Hzサイン波、0.05〜27.0kNに変更し、日置電機製LCRハイテスタ3522-50を用いて、端子間電圧１Vで0.1〜100ｋHz間の任意の周波数で周波数を変えてインピーダンスを測定した。
【００８７】
（試験結果）
図１５は、疲労試験中のインピーダンス(100Hz)の連続測定結果を示すグラフである。
図１５に示す左側の縦軸は、インピーダンス値(Z)(Ω)であり、右側の縦軸は位相角(θ)(°)であり、横軸は加振数である。加振1.5×105回を超えた頃から（図中１）インピーダンス値と位相角に変化が観察され始めた。疲労試験終了時（1.8×105回）は、インピーダンス値が100倍以上増加した時点（図中２）で、疲労亀裂長さは約5mmに至っていた。今回使用した疲労試験条件では、亀裂長さ1mm進むのに1〜2万回であった。インピーダンス値の変化が観察された時点は、疲労試験終了の3万回前であることから、疲労亀裂が亀裂発生検出用導電層の幅を超えた時点と略同時期と考えられる。試験片に引張荷重20kNを加えて状態で亀裂部を拡大観察すると、亀裂開口幅は亀裂起点付近で約10μmであり、亀裂先端に向かうに従い徐々に狭くなっていた。試験片に引張荷重を加えない状態（無負荷）では、亀裂開口を目視で認識することが困難であり、開口幅は数μm以下と想定された。
【００８８】
図１６は、周波数100Hzの交流インピーダンスの変化を示すグラフである。
図１６に示す左側の縦軸は、インピーダンス値(Z)(Ω)であり、右側の縦軸は位相角(θ)(°)であり、横軸は時間(mm:ss)である。疲労試験後に、引張荷重条件を0.01Hzサイン波、0.05〜27.0kNに変更し、周波数100Hzで交流インピーダンスを測定した。図１６に示すように、インピーダンス値の多くは30MΩ程度であったが、引張荷重の低い場合に約1MΩまで低下し、位相角θも荷重変動に伴い大きく変動した。
【００８９】
図１７は、亀裂発生検出用導電層が破壊に至るまでの状態を示す模式図であり、図１７（Ａ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により劣化した状態を示し、図１７（Ｂ）は亀裂発生検出用導電層が疲労により破断した状態を示し、図１７（Ｃ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が小さくなった状態を示し、図１７（Ｄ）は亀裂発生検出用導電層の亀裂開口幅が大きくなった状態を示す。
鋼の疲労亀裂進展に伴う亀裂発生検出用導電層の破壊は、図１７（Ａ）に示すように、最初に、亀裂開口部が開くことで亀裂発生検出用導電層に局所的な伸び（ゼロスパン伸び）を受けるが、亀裂発生検出用導電層は有機樹脂主体のため、脆性的破断に至らず、繰り返しの疲労による局所的破壊が進む。次に、図１７（Ｂ）に示すように、亀裂発生検出用導電層の疲労が進み、局所的破壊の領域が拡大し、ついには材料破断に至る。このとき、破断面は、破断線に対し左右対称の構造を持ち、一方の破面の凸部に対応する他方の破面も凸部になると考えられる。亀裂発生検出用導電層の破断後は、図１７（Ｄ）に示すように、疲労き裂の開口幅の開閉に伴い、亀裂発生検出用導電層の左右の破面が互いに近づいたり離れたりする。このとき、ある開口幅以下になった場合に、両破面の凸部が接触し、亀裂発生検出用導電層の左右間の抵抗値が低くなると考えられる。このように、亀裂開口幅が狭い段階では、接触箇所の変動などによる抵抗値の変化が卓越しているが、亀裂開口幅が広がるに従って、抵抗値の増大に加え静電容量の影響が顕著に現れてくることが予測された。
【００９０】
図１８は、引張荷重と交流インピーダンスとの関係を示すボード線図である。
図１８に示す縦軸は、インピーダンス(Ω)の対数であり、横軸は周波数(Hz)の対数である。図１８に示すグラフは、図１６に示す測定データから引張荷重0.05kN、3kN、10kN及び20kNの時点のインピーダンス値のみを抽出し、ボード線図で表したものである。低周波数側のインピーダンスは、引張荷重10kN以下で疲労試験前（初期値）の数倍から10倍程度の範囲でばらついている。亀裂開口幅が大きく、接触点が少なくなったと想定される引張荷重15kNや20kNでは初期値の100倍以上のインピーダンス値に増加し、数百Hz以上の高周波数側に勾配−1の変化が現れた。これらの測定結果は、図１４に示す模式図で説明できる結果であった。図１３に示すガラス板の試験片の破断後の突合せ試験結果では、亀裂開口幅20μm程度で低周波数側が計測できないほどの高抵抗となっていたが、疲労亀裂長さ5mm未満の試験片（亀裂開口幅10μm未満）では低周波数側で計測可能なほどの抵抗範囲であった。このため、図１８に示すボード線図の引張荷重20kNでも、接触点が多く残った状態であると考えられ、5mm未満の疲労亀裂を確実に検知するためには、直流抵抗値の変動のみでは不確実性が高いことが確認された。その結果、亀裂の発生検知の確実性を増すためには、列車通過時などの構造物の変位変動時に、周波数を変えてインピーダンスを計測し、断線を示す容量成分の存在を把握する必要があることが確認された。
【００９１】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、監視対象物として鋼構造物１を例に挙げて説明したが、コンクリート構造物などの他の構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、疲労亀裂などによって鋼構造物１に亀裂Ｃ1が発生する場合を例に挙げて説明したが、リベットやボルトなどの緩みによって塗膜に亀裂が発生する場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、亀裂進展検出部４上に亀裂発生検出部５を形成した場合を例に挙げて説明したが、亀裂発生検出部５上に亀裂進展検出部４を形成することもできる。
【００９２】
(2) この実施形態では、亀裂進展検出用導電層４ａに直流電力を給電部８によって供給しているが、亀裂進展検出用導電層４ａに交流電力を給電部８によって供給することもできる。この場合には、給電部８，９を一つの給電部に構成して亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂発生検出用導電層５ａに交流電力を供給したり、通電状態測定部１０，１１を一つの通電状態測定部に構成して亀裂進展検出用導電層４ａ及び亀裂発生検出用導電層５ａの通電状態を測定したりすることもできる。また、この実施形態では、４本の亀裂進展検出用電極層４ｃ〜４ｆによって亀裂進展検出用導電層４ａを３つの監視領域Ａ1〜Ａ3に区画する場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではなく、４つ以上の監視領域に区画することもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１ 鋼構造物（監視対象物）
２ 亀裂監視装置
３ 亀裂監視材
４ 亀裂進展検出部
４ａ 亀裂進展検出用導電層
４ｂ 防錆絶縁層
４ｃ〜４ｆ 亀裂進展検出用電極層
４ｇ 環境遮断層
５ 亀裂発生検出部
５ａ 亀裂発生検出用導電層
５ｂ，５ｃ 亀裂発生検出用電極層
５ｄ 環境遮断層
５ｅ 耐候層
６，７ 配線材
８，９ 給電部
１０，１１ 通電状態測定部（測定部）
１２，１３ 評価部
１４ 通信部
１５ 制御部
１６ 収容部
１７ 振動検出部
Ａ1〜Ａ3 監視領域
Ｃ1〜Ｃ3 亀裂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視装置であって、
前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電部と、
前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価部と、
を備える亀裂監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の亀裂監視装置において、
前記監視対象物の振動を検出する振動検出部を備え、
前記給電部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給し、
前記測定部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記測定部は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれ１項に記載の亀裂監視装置において、
前記導電部は、導電性塗料を塗布して形成されていること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項９】
監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視方法であって、
前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電工程と、
前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定工程と、
前記測定工程における測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価工程と、
を含む亀裂監視方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の亀裂監視方法において、
前記監視対象物の振動を検出する振動検出工程を含み、
前記給電工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給する工程を含み、
前記測定工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１５】
請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記測定工程は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１】
監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視装置であって、
前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電部と、
前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価部と、
を備える亀裂監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の亀裂監視装置において、
前記監視対象物の振動を検出する振動検出部を備え、
前記給電部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給し、
前記測定部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の亀裂監視装置において、
前記測定部は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれ１項に記載の亀裂監視装置において、
前記導電部は、導電性塗料を塗布して形成されていること、
を特徴とする亀裂監視装置。
【請求項９】
監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視方法であって、
前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化する導電部に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電工程と、
前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する測定工程と、
前記測定工程における測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価工程と、
を含む亀裂監視方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の亀裂監視方法において、
前記監視対象物の振動を検出する振動検出工程を含み、
前記給電工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数の交流電力を前記導電部に供給する工程を含み、
前記測定工程は、前記振動検出工程において振動を検出したときに、前記複数の異なる周波数毎に前記導電部の交流インピーダンスを測定する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記導電層に亀裂が発生していると評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記評価工程は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記導電層に亀裂が発生していないと評価する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【請求項１５】
請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載の亀裂監視方法において、
前記測定工程は、前記導電部の電極部間に交流電流を流し、この電極部間の交流インピーダンスを測定する工程を含むこと、
を特徴とする亀裂監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１７４８２３（Ｐ２０１１−１７４８２３Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９４６７（Ｐ２０１０−３９４６７）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００２３２５４２）日本特殊塗料株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００１７３７８４）公益財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】（０００２３２５４２）日本特殊塗料株式会社 (35)
【Ｆターム（参考）】
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